基于输出重定义的导弹自动驾驶仪设计

尾控型(STT)导弹由舵面到过载的传递函数是非最小相位、零动态不稳定.传统的非线性设计方法,如反馈线性化控制,对象逆控制不能直接用于导弹自动驾驶仪的设计.文中通过输出重定义方法,设计合理的控制参数,稳定了系统的零动态,并将对象逆方法应用于自动驾驶仪设计.仿真结果表明,所设计的控制器,实现了过载跟踪,具有良好的稳定性能和动态性能.     

基于最优二次型理论的滚转导弹三回路驾驶仪设计与研究

建立了存在交叉耦合的滚转导弹动力学模型,并将通道耦合效应视为外界干扰,利用最优二次型(LQR)控制理论,提出了一种三回路驾驶仪的单输入多输出(SIMO)设计方法。分析了三回 路驾驶仪的基本特点,并研究了权系数矩阵与驾驶仪性能指标之间的关系,可辅助设计者更合理地选择权系数矩阵。将考虑耦合的动力学模型视为多输入多输出(MIMO)系统,对滚转导弹控制系统进行了设计。设计结果表明：对于存在状态耦合的滚转导弹而言,以SIMO设计的三回路驾驶仪可以很好地抑制耦合的影响,与MIMO设计得到的控制律差异很小。通过对滚转导弹耦合系统的非线性数学仿真,验证了以上结论的正确性。     

过载自动驾驶仪分析研究

对过载自动驾驶仪的固有特性进行了研究．通过数学推导得出尾舵控制导弹过载自动驾驶仪具有非最小相位特性,仿真结果证明也是如此．过载自动驾驶仪是典型的0型系统,存在稳态误差．稳态误差与导弹速度、加速度反馈回路增益、弹体开环气动增益及舵系统增益有关,而与角速度反馈回路增益无关;主反馈回路可提供一定的相位超前,这有利于设计舵机伺服系统．     

过载自动驾驶仪分析研究

对过载自动驾驶仪的固有特性进行了研究.通过数学推导得出尾舵控制导弹过载自动驾驶仪具有非最小相位特性,仿真结果证明也是如此.过载自动驾驶仪是典型的0型系统,存在稳态误差.稳态误差与导弹速度、加速度反馈回路增益、弹体开环气动增益及舵系统增益有关,而与角速度反馈回路增益无关;主反馈回路可提供一定的相位超前,这有利于设计舵机伺服系统.     

一类滚转弹的补偿解耦方法

由滚转产生的舵机空间耦合传递函数得出控制力矩偏转角;按动态特性差异分别分析了马格努斯力矩、陀螺力矩,得出了弹体稳态情况下的响应力矩角偏差,对控制力矩偏转角度进行了指令补偿解耦,可以获得期望的控制效果.研究表明,引入阻尼回路补偿可以大大削弱陀螺效应产生的快速振荡现象,结合稳态解耦方法可以达到较好的控制精度.     

导弹基于特征结构配置的输出反馈解耦控制

用当前控制领域研究中较为热门的特征结构配置方法,解决导弹在大攻攻角飞行时,存在的严重气动交连耦合问题,采用基于输出反馈特征结构配置的解耦控制方案,合理配置了闭环系统的特征值,特征向量,求取了输出反馈与前馈控制器,仿真结果表明,解耦效果好,跟踪指令的性能令人满意,进一步验证了特征结构配置方法用于解耦控制的有效性,为导弹的解耦控制方法研究开辟了一条新途径。     

基于前置反馈补偿的火箭靶弹解耦方法

针对基于插值法计算的解耦方法的反馈增益精度不高,以及采用非线性解耦算法需要的模型精度高,计算量大的问题,提出了基于前置反馈补偿的火箭靶弹解耦方法。该解耦方法在靶弹运动学和控制频域模型基础上,将开环传递函数矩阵分解为运动学耦合和控制耦合,通过引入一个预补偿器,使得运动和控制耦合的传递函数矩阵是对角占优的,便可以将补偿后的俯仰、偏航通道进行单独设计,进而实现靶弹姿态和过载解耦控制系统的设计。仿真结果表明,采用前置反馈补偿解耦方法有效解决了旋转靶弹俯仰和偏航通道之间的耦合效应,并且具有解耦器结构简单,动态响应性能好等优点。     

舵机卡死对X型舵飞航导弹控制性能的影响

建立了X型舵飞航导弹舵机卡死故障条件下执行机构输入与输出的关系模型,分析了舵机卡死引起舵效降低、常值误差和控制耦合三方面效应对导弹控制性能的影响。为考察不同时刻舵机卡死影响的差异,建立了导弹六自由度数学模型。仿真结果表明,单个舵机卡死会造成导弹控制性能下降,命中点散布变大; 在一些极端初始条件下,俯仰和偏航通道产生严重的控制耦合,会使弹道畸变,导致导弹坠落。对飞行试验中出现的案例进行分析,验证了仿真分析结论的正确性。     

BTT导弹自动驾驶仪的积分LQG控制设计

为实现BTT导弹准确跟踪指令的要求,将LQG积分多变量控制应用于BTT导弹的自动驾驶仪设计中.以某飞机型BTT导弹为例,根据其气动特点建立了俯仰独立、偏航-滚转耦合的气动模型,并分别设计了俯仰及偏航-滚转通道自动驾驶仪,对设计结果进行仿真.仿真表明所设计的自动驾驶仪能够很好地跟踪指令,且具有一定的抗噪声干扰能力.     

采用脉宽调制式舵机的滚转导弹自动驾驶仪设计与研究

滚转导弹广泛采用脉宽调制(PWM)模式控制继电式操纵机构,因此研究PWM模式在滚转导弹控制中的应用。给出了两回路驾驶仪设计增益与弹体振荡频率、阻尼之间的关系;重点分析低频PWM所带来的控制耦合效应特性,讨论了耦合大小与弹体时间常数、自旋频率之间的等量关系。通过频谱分析,得到通道耦合干扰的频谱特性。制导与控制指令经PWM后频谱保持不变,但引入了与自旋频率、调制频率和弹体振荡频率相关的高频干扰。为消除控制耦合的影响,根据以上结论,提出这类导弹自动驾驶仪频带设计的一般准则,对这类导弹控制系统的总体设计有参考意义。数学仿真和半实物仿真结果表明,合理设计自旋频率、调制频率和驾驶仪频率,可以有效抑制控制耦合,提高制导精度。     

基于动态逆理论的自旋弹控制方法

针对自旋弹存在的非线性耦合特性,研究了以时标分离方法进行分段设计的动态逆理论解决途径.根据系统的变量快慢区分子系统,采取层叠结构设计控制器对分系统进行单独设计,并考虑实际应用中存在的具体实现问题,得到了过载驾驶仪控制器的基本结构.引入实际系统延迟及噪声等因素由dSpace与三轴转台进行了验证性试验,得出了具有工程应用价值的控制器设计方法.     

考虑滚仰导引头寄生回路的旋转导弹驾驶仪稳定性设计

针对滚仰导引头寄生回路对旋转导弹动态稳定性影响的问题,建立滚仰导引头隔离度模型和旋转导弹的数学方程,推导分析导弹弹体旋转运动对控制系统的交叉耦合效应,研究自动驾驶仪增益系数与期望频率或阻尼的关系,解析出旋转导弹动态稳定性的充要条件。采用数学仿真方法分析不同条件下的旋转导弹动态稳定性,并得到旋转导弹稳定性与滚仰导引头隔离度的幅值、滚转率和自动驾驶仪设计等指标之间的定量关系。结果表明,旋转导弹自动驾驶仪设计频率的稳定区域与非旋转导弹相比明显变小,低旋转速度有利于减小滚仰导引头寄生回路对旋转导弹稳定性的影响。     

一种气动力/直接力复合控制导弹自动驾驶仪设计

文中提出了一种气动力／直接力复合控制导弹自动驾驶仪的前馈一反馈控制器结构．通过攻角反馈自动驾驶仪以及直接力反馈主控回路控制器设计，解决了传统法向过载误差控制器中气动力与直接力两个控制回路由于使用同一个加速度传感器所带来的复合控制系统的解耦同题。文中给出了攻角反馈自动驾驶仪和直接力主控回路的设计方法。通过数字仿真，验证了所设计的直接力／气动力复合控制器可以有效提高导弹末端对付高机动目标的快速响应能力。     

鸭式气动布局单通道控制滚转导弹转速设计

为研究鸭式气动布局单通道控制滚转导弹转速设计问题,通过分析弹体动力学特性,得到导弹增益随控制力频率的变化规律,据此确定了控制力频率与弹体固有频率之间的最优比值关系;通过分析攻角与控制力所产生的法向加速度之间的相位关系,解释了上述最优比值关系产生的物理原因.基于所得到的最优比值关系设计导弹转速,可使弹体对周期变化控制力的滤波效果达到最好.通过数学仿真验证了分析结果的正确性.     

三回路驾驶仪控制下的导弹静不稳定性边界

导弹允许静不稳定的范围受到舵机频带制约。给出了三回路驾驶仪的极点配置设计方法,分析了静不稳定弹体系统的稳定性条件,推导出了舵机频带对于导弹静不稳定性约束的数学描述,并在工程范围内给出了导弹静不稳定性边界的评判准则,指出静不稳定弹体伪本征频率不应超过舵机频带的1/10,算例验证了结论的准确性。     

防空导弹BTT控制解耦算法

防空导弹为提高射程、平均速度,配置冲压发动机,要求导弹在飞行过程中侧滑角小,同时只允许导弹有正攻角；与侧滑转弯（STT）导弹相比,倾斜转弯（BTT）导弹有机动性强、稳定性好、升力大等优点,但因面对称气动外形和快速滚转决定了BTT导弹存在运动学耦合、气动耦合和惯性耦合等耦合因素；在考虑耦合的情况下,进行BTT自动驾驶仪解耦设计；通过非线性仿真分析表明,能够实现精确控制和快速滚转的要求,有效地减小导弹的侧滑角,保证导弹偏航通道稳定性.     

自激振荡线性化舵机延迟补偿时间处理方法研究

针对某单通道控制炮射导弹所采用的自激振荡线性化舵机,给出了一种有效的舵机延迟补偿时间处理方法。自激振荡线性化舵机的高频振荡特性使得对其延迟时间的测量和处理相当困难,为解决此问题提出采用弹体滤波去除舵机高频振荡所造成的不确定性,并由导弹法向加速度延迟确定舵机延迟补偿时间的方法。数据处理结果表明,采用所提出的方法能够有效地确定自激振荡线性化舵机的延迟补偿时间。还从舵机延迟补偿难易的角度对比了调幅方波和调幅正弦波两种舵机指令形式的优劣,得到了自激振荡线性化舵机对正弦波指令的响应特性优于方波指令的结论。     

基于变结构控制的导弹倾斜转弯技术研究

针对导弹倾斜转弯过程中存在的大参数不确定性,强气动耦合的情况,利用变结构控制方法在一定范围内具有鲁棒性的特点,设计了满足参数不确定性限制及耦合抑制的一种基于变结构控制方法的自动驾驶仪,并对变结构方法本身存在的抖振问题进行了研究。将本文研究的方法应用于某导弹的自动驾驶仪设计中,仿真结果表明,驾驶仪能迅速准确跟踪指令,耦合得到有效消除,抖振得到有效抑制。