基于有控方案的超声速火箭靶弹平飞弹道设计

考虑基于无控方案实现火箭靶弹平飞弹道存在诸多不利因素,提出了一种通过在原型弹上加装鸭舵和简易控制装置实现火箭靶弹平飞弹道的设计思路,并对总体方案进行了阐述。最后根据气动特性数据和弹体结构数据,仿真计算了靶弹在不同条件下的飞行弹道,并结合计算结果对供靶方案进行了分析。仿真结果表明:通过选择不同的发射角和控制舵偏角程序,能够使靶弹获得相对平直的飞行弹道。     

基于反馈线性化的靶弹弹道跟踪制导律设计

针对导弹靶弹的弹道跟踪精度问题,基于反馈线性化和最优控制理论设计了一种弹道跟踪制导律。首先,通过对靶弹进行受力分析,建立靶弹纵向运动非线性方程组;其次,根据反馈线性化理论的定义和充要条件,详细推导得出靶弹的精确线性化运动方程;最后,通过最优控制理论设计弹道跟踪制导指令,并在阵风干扰和不同机动飞行弹道下,与基于小扰动法和固化系数法设计的跟踪制导律进行比较。结果表明:基于反馈线性化法设计的弹道跟踪制导律具有较高的弹道跟踪精度和较低的需用过载。     

一种枪械射弹散布预测方法

为了在设计阶段预测枪械的射弹散布,缩短研制周期,提出了一种基于协同仿真模型的枪械射弹散布预测方法。通过枪械随机内弹道模型、弹/枪相互作用模型和外弹道模型之间的参数传递,构建了枪械协同仿真模型。将随机内弹道模型计算得到的随机膛压变化值传递给弹/枪相互作用模型,使弹丸出膛时的质心初速偏角发生变化; 再将初速偏角值传递给外弹道模型,得到相应的射弹散布。仿真结果表明:弹丸质心速度的横向偏角较小,但纵向偏角最大可达到0.21°; 该协同仿真法得到的100 m立靶处射弹散布与实弹射击结果相比,误差小于13%,验证了该枪械射弹散布预测方法的准确性。     

基于Matlab的巡航靶弹水平机动弹道设计与仿真

基于Matlab模块化仿真设计思想,根据某巡航式靶弹弹道模型的特点,开发了由9个数学模型组成的完整的弹道设计与仿真模型,建立了靶弹实现中空水平蛇形机动的方案飞行弹道计算模型,对弹道进行仿真计算,并对计算结果进行了分析.仿真计算表明,该模型较好地模拟了靶弹的水平机动弹道和其他运动特征,为总体分析和控制系统设计提供了依据.     

弹道修正弹模糊自适应PID控制器设计

弹道修正弹是一种在头部安装修正引信的低成本、高精度、远射程的精确打击弹药,它在飞行过程中可以通过实时控制提高命中率;介绍了修正弹修正方式,建立了弹体动力学模型,应用模糊控制与传统PID控制理论相结合的方法,设计了控制器并对弹道特征点俯仰通道进行仿真,结果表明模糊自适应PID控制器能够适应弹道修正引信,且比传统PID控制器有更好的控制效果。     

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。     

一种超音速火箭靶弹程序角优化方法研究

针对方案制导超音速火箭靶弹平飞段供靶性能优化问题,提出了一种俯仰程序角优化方法。考虑靶弹弹道始末端点约束及平飞段性能约束,在火箭靶弹纵向飞行平面内建立起俯仰程序角优化设计模型。基于Gauss伪谱法将飞行过程约束转化成对俯仰程序角的约束,将最优控制问题转换为对俯仰程序角的非线性规划问题;利用序列二次规划算法求解。仿真结果表明,该方法能够快速获取最优俯仰程序角,并且具有良好的鲁棒性,为实际工程设计提供参考。     

基于摄动原理的火箭弹落点实时预测

基于摄动原理,提出了以6自由度弹道方程解算的弹道为火箭弹基准弹道,求解参数扰动引起的落点偏差变化量的落点实时预测方法,并给出了详细解算步骤。将各种扰动系数的解算赋予地面火控计算机,降低了弹载计算机的解算复杂度和解算量。以122 mm火箭弹为例,选取一条基准弹道,分别对无扰动、仅存在初始扰动和全弹道存在随机扰动3种条件下的无控弹道进行了落点预测仿真实验和火箭弹落点预测飞行试验。研究结果表明：该方法在仿真实验和实际飞行试验中都具有较高的预测精度,横向偏差收敛速度较纵向偏差快,其波动幅度在全弹道上较纵向偏差小,而且纵向偏差预测在火箭弹降弧段才趋于收敛;采用该方法进行预测时每次解算时间为167 ns左 右,远小于弹载控制器2 ms的控制周期,实现了实时预测。     

双旋弹俯仰/偏航通道误差积分增广自适应控制

双旋弹的飞行空域大、时变参数多、俯仰/偏航通道之间耦合严重,为其俯仰/偏航通道控制系统设计带来了许多挑战。针对双旋弹俯仰/偏航通道的非线性控制问题,建立了双旋弹七自由度动力学方程,并基于弹丸线性化理论,得到双旋弹俯仰/偏航通道的近似线性描述。利用过载跟踪误差的积分对系统进行增广,并根据得到的增广系统的结构特点,设计了自适应控制律及参数自适应律。通过构建李雅普诺夫函数证明了增广系统的稳定性。仿真结果表明,利用误差积分增广方法设计的双旋弹俯仰/偏航通道模型参考自适应控制器,在系统具有不确定性和随机扰动时,可以保持与参考模型接近的控制性能和解耦性能。研究结果为解决双旋弹俯仰/偏航通道运动中的复杂非线性问题提供了理论依据和参考方法。     

脉冲修正弹药射程预测控制方法

介绍了一种脉冲发动机直接力控制的弹道修正方案,分析了脉冲修正弹药制导律设计特点,指出纵向导引律是设计的首要问题.提出了射程预测导引的概念,其核心问题是建立射程预测方程:通过理想弹道和典型扰动弹道的解算获取样本点,建立射程和中间弹道参数的多项式模型,采用回归方法求取多项式系数.仿真表明,采用该导引方法进行纵向修正后,弹丸的纵向落点标准误差从123 m下降到21m.     

THAAD拦截弹能量管理控制机动的策略与仿真

THAAD拦截弹是世界上少数能够进行能量管理控制机动的防空导弹之一。针对THAAD拦截弹先进的能量管理控制机动,从动力学模型、控制机制、运动学模型等方面提出了一套完整的方案。建立了非线性、强耦合、时变参数的大侧滑角弹体动力学模型,利用基于微分几何理论的反馈线性化技术将其解耦线性化,并设计了控制器实现姿态角的控制;建立了基于螺旋坐标系的运动学模型,并投影到地面坐标系来描述THAAD拦截弹的运动;最后通过六自由度仿真证明了该方案能够实现能量管理控制机动。     

基于摄动落点预测与修正比例导引的复合修正算法设计

为提高旋转稳定弹的精确打击能力,该文以安装固定鸭舵式二维弹道修正组件的修正炮弹为对象,针对旋转稳定弹的控制特点,设计出一种基于摄动落点预测与修正比例导引律相结合的修正算法。针对弹道的升弧段与降弧段,分别推导出摄动落点预测偏差与修正比例导引的控制信号,并根据弹体传函建立出全弹道复合算法的控制信号。通过仿真,在仅考虑弹丸的随机扰动情况下,修正弹弹道落点的纵向标准差为22.835 7 m,横向标准差为23.579 2 m,圆概率误差为27.507 0 m。仿真结果表明,摄动+比例导引的复合导引算法可有效提高该修正弹的射击精度,减小落点散布。     

风扰动下的飞翼无人机静态投影控制

根据飞翼无人机特殊外形布局、气动性能及控制品质要求,在风扰动存在情况下,针对系统纵向俯仰通道和横侧向滚转通道,设计了基于鲁棒最优理论的静态投影控制器。分析了投影控制方法的一般原理,建立了飞行控制系统的鲁棒伺服模型,应用最优线性二次型调节器（LQR）方法构成鲁棒伺服LQR控制,并以闭环系统为参考系统,通过静态投影法则以输出反馈重构参考系统主体特征结构,避免了LQR方法中部分反馈变量无法精确测量的问题。仿真过程中对比验证了风扰动下常规PID姿态驾驶仪和静态投影方法的控制效果。仿真结果表明,所设计的静态投影控制系统响应速度快,且具有较强的稳定性和抗风扰动能力。     

基于模糊自适应的连续整定PID舵机控制器

针对现有的二维弹道修正弹电动舵机系统响应速度慢、适应能力差等缺点,提出了基于模糊自适应的连续整定PID舵机控制器。该控制器在模糊自适应控制的基础上,通过对模糊控制曲面的3次曲面拟合得到连续的控制函数,并以此控制函数连续的调解整定PID参数,输出对应连续变化的控制信号,调节舵机的转角进而控制弹道偏向。通过Matlab仿真证明,基于模糊自适应的连续整定PID舵机控制器与现有的模糊自适应PID及经典PID舵机控制器相比,具有更好的动态响应和适应能力,且其计算量相对于连续论域的模糊自适应PID控制器来讲更少,更适合在高实时性要求的二维弹道修正弹上应用。     

火箭助飞鱼雷纵向通道制导系统参数设计及仿真

在纵向通道制导系统中给出了实现比例导引和攻角归零的控制器结构和控制参数设计方法,采用比例式过载控制和积分式过载控制分别实现了攻角归零和比例导引,并根据给定的标准弹道选择了若干特征点,利用频域法设计了控制参数,然后进行了纵向通道制导系统数学仿真,仿真结果表明,所设计的制导系统可以实现火箭助飞鱼雷位置的准确控制。     

基于LQR的制导炸弹弹道跟踪控制律设计与仿真研究

给出了一种基于LQR(线性二次型调节器,Linear Quadratic Regulator)闭环最优控制的航空制导炸弹弹道追踪控制方案.针对航弹可用过载小及弹道追踪对过程偏差的特殊要求,对性能指标加以优化,并引入速度反馈,给出一种新的偏差+微分的复合控制方案.仿真结果表明:这种控制规律机动过载小、控制精度较高.     

参数自优化的有人与无人车辆编队鲁棒模型预测控制

为解决有人与无人车辆编队中,有人领航车紧急加减速和紧急转向控制输入对无人车跟踪控制的扰动问题,设计了一种参数自优化的有人与无人车辆编队鲁棒模型预测控制算法。通过采集分析历史数据确定控制器扰动的噪声极值,并经过适度放缩得到其鲁棒边界。设计抑制该扰动的局部反馈鲁棒控制器,并通过贝叶斯优化的方法实现鲁棒边界等控制器参数自优化。基于混合整数线性优化的方法预测有人领航车未来轨迹,并设计鲁棒模型预测控制器实现无人车对有人领航车的跟踪控制。仿真和实车试验结果表明：所设计的鲁棒模型预测控制器在跟踪精度方面相比于传统模型预测控制器有明显的提升;同时该控制器有效地抵抗了来自有人领航车紧急加减速和紧急转向控制输入、无人跟随车系统模型不确定性和外部环境的扰动,振荡情况明显改善,提高了系统的鲁棒性。     

一种适用于靶弹落角约束的偏置比例导引律

针对比例导引等传统制导律在实现靶弹大落角约束时存在的各种局限性，利用已有研究成果，将一种偏置比例导引律成功应用于靶弹的大落角约束问题，并结合靶弹的研制和使用特点，提出了制导律的工程化方案。根据弹目相对运动学模型，采用理论推导方法，得出了靶弹弹道期望落角与需用偏置量之间的函数关系，表明了制导律的可行性。采用弹道仿真的方法，研究了制导律的制导性能。结果表明，导引律在最大需用过载、制导精度、落角精度等关键制导性能方面符合靶弹要求，适用于靶弹的大落角约束问题。     

靶弹动力学模型参数辨识与弹道仿真

建立靶弹典型动力学模型结构,靶弹六自由度动力学数学模型简化为纵向和侧向两个三自由度的动力学模型。选择了辨识输入数据,将传统的模型辨识方法与现代计算机技术相结合,对气动力辨识输入参数进行了分析,采用迭代算法得出辨识参数,并对辨识精度进行了分析,认为观测量测量误差、物理几何参数误差影响辨识精度,选用靶弹现有试验测量数据作为输入量,进行气动参数辨识,得出辨识结果,将辨识得到的气动参数带入弹道仿真程序进行了仿真,验证了辨识结果满足设计要求。     

简易控制火箭靶弹总体设计

为模拟火箭靶弹平飞和俯冲类目标的运动特性,设计了火箭靶弹总体方案,建立了火箭靶弹总体设计数学模型,进行了火箭靶弹参数优化设计.基于大射程火箭弹,通过调整原型火箭弹气动外形和结构组成,加装鸭式控制舵面,进行俯仰角程序控制,在被动飞行段实现有攻角飞行,可延长滞空时间,实现准平飞弹道.简易控制火箭靶弹具有高供靶精度、低成本和低风险等显著特点.