一种新的具有攻击角度约束的末制导律设计

研究导弹末制导性能优化问题,在末端要满足攻击角度的约束条件,要求优化空地导弹末制导命中目标精度性能.针对导弹和地面目标所形成动态系统的非线性运动学关系,通过分析导弹在终端命中点角度约束条件,并利用零化视线角速率的设计思想,根据滑模变结构控制理论,提出了一种非线性滑模设计方法,得到了具有攻击角度约束的导弹的末制导律.同时利用Lyapunov稳定理论严格证明了制导系统的全局渐近稳定性.把末制导律应用于导弹系统并进行仿真,结果表明,在不需要任何目标运动信息的情况下,导弹都能获得期望的攻击角度约束和制导精度,证明导弹制导算法对地面目标有较强的鲁棒性.     

考虑导弹自动驾驶仪动态特性的带攻击角度约束制导律

针对打击机动目标时带攻击角度约束的制导问题,采用扩张状态观测器和动态面控制方法设计一种考虑自动驾驶仪动态特性的制导律.考虑期望视线角的变化率正比于未知的目标加速度,采用扩张状态观测器对未知目标加速度进行估计.为了避免奇异问题,并克服非匹配不确定项对系统性能的影响,采用非奇异终端滑模和动态面控制方法进行制导律设计.与传统的将目标加速度设为零的制导律相比较,仿真结果表明所提出的制导律具有良好的制导性能.     

适用于制导控制一体化的模糊滑模方法

为了提高打击大机动目标命中率、机动性和燃油利用率, 设计一种适用于制导控制一体化的模糊滑模方法. 建立拦截导弹制导控制一体化模型, 选取零控脱靶量作为滑模面, 将制导律嵌入控制器的设计中, 并将运动学关系与 动力学特性有机融合. 在滑模控制器中加入模糊环节, 有效克服了滑模方法的抖振问题. 目标蛇形机动的弹道仿真结果表明, 所提出方法可以有效提高系统各方面的性能.

     

基于模糊滑模方法的双舵控制导弹制导控制一体化

针对单舵控制导弹舵角在大攻角下易饱和的问题, 提出一种适用于双舵控制导弹的制导控制一体化模糊滑模方法. 分析具有鸭舵/尾舵结构导弹动力学特性, 建立制导控制一体化模型, 利用双滑模变结构控制方法, 分别选取零控脱靶量和控制相关量作为滑动模态, 前者保证脱靶量趋于零, 后者提供阻尼响应, 将制导律嵌入在控制器的设计之中. 为了克服滑模抖振问题, 利用指数趋近率方法设计控制器, 并将模糊环节加入控制器中. 最后, 对拦截蛇形机动目标的过程进行仿真, 仿真结果验证了所提出方法的有效性.

     

飞行制导控制一体化设计方法综述

从系统模型和控制设计方法两个方面综述了飞行器制导控制一体化设计方法的研究现状. 论述了制导控制一体化设计中的关键问题, 即系统具有较高的阶数和系统存在大量不确定性. 提出了基于自抗扰控制的三维制导控制一体化设计方法. 该控制方法具有简明的线性结构, 并且可以对飞行控制系统中的非线性时变不确定性进行实时估计和补偿. 仿真结果表明该方法可以对付大范围的不确定性, 具有很好的鲁棒性.     

滑模变结构有限时间收敛制导律

针对末端有入射角度约束的制导系统,基于滑模变结构控制思想设计了一种有限时间收敛的滑模制导律,使制导系统的视线角速率快速收敛到零,并令弹道倾角收敛到期望的入射角度.通过非线性控制系统的有限时间稳定性理论对该制导律进行了分析,给出了制导系统有限收敛时间的数学形式,证明了制导系统的有限时间收敛性.最后通过仿真进一步验证了该制导方法的有效性和鲁棒性.     

基于自抗扰控制技术的实时飞行仿真研究(英文)

针对四旋翼无人机欠驱动、强耦合的非线性动力学特性,文中研究设计了基于自抗扰控制技术的闭环飞行控制系统。自抗扰控制技术中,扩张观测器与基于误差的非线性反馈控制是其重要的两个部分。扩张状态观测器估计外部干扰和模型不确定性,以实现干扰和模型不确定性的动态补偿;此外,采用基于误差的非线性反馈可以改善控制效果。为保证飞行任务中精确的航迹跟踪,文中分析设计了一种实用的制导策略,并构建实时可视化飞行仿真系统以实现对所设计的制导策略和自抗扰飞行控制系统更为严格有效的验证。仿真结果表明所研究设计的制导策略和闭环飞行控制系统具有良好的制导和控制性能。     

超声速巡航弹俯冲攻击制导控制一体化设计

研究巡航导弹俯冲优化控制问题,针对超声速巡航导弹俯冲攻击要求,为了使战斗部发挥最大毁伤效果,运用变结构控制理论,设计了导弹纵向平面一体化制导控制系统.联立弹目相对运动方程和导弹弹体动力学方程,建立了导弹控制模型.选用零控脱靶量滑模切换面,并将目标机动考虑成有界扰动,使控制具有较强的自适应性和对目标机动性.数值仿真表明,设计的一体化制导控制系统能满足俯冲攻击的脱靶量和落角的要求,验证了方法有效.与传统的制导控制分开设计比较,采用所提出的一体化制导控制系统末段状态的变化更平缓,能获得更小的脱靶量,具有机动攻击目标的能力,并满足设计的要求.     

网络化伺服系统控制方法研究

针对网络化伺服电机系统,设计了自抗扰控制和滑模变结构控制算法,在无干扰和加入网络延时两种情况下用MATLAB对控制算法进行仿真。仿真结果表明,与PID控制算法相比,自抗扰控制和滑模变结构控制算法能较好地解决网络延时对伺服系统影响的问题,使伺服系统有较好的跟踪性和鲁棒性。     

具有输入死区与扰动的四旋翼无人机自抗扰控制

研究了具有输入死区与扰动的四旋翼无人机的姿态控制问题。由于输入死区普遍存在于四旋翼无人机的执行机构,并且易受到扰动的影响。针对具有输入死区与扰动的四旋翼无人机系统,设计基于自抗扰的动态面控制器。采用自抗扰控制算法设计扩张状态观测器估计系统的总扰动,采用动态面方法设计控制律。所设计的控制器使四旋翼无人机实现对期望姿态角跟踪。仿真结果验证了该方案的有效性。     

菱形翼布局无人机自抗扰直接升力着陆控制

针对采用传统的着陆控制方法时,菱形翼布局无人机存在着陆俯仰姿态角为负,对无人机着陆不利的情况,提出一种采用直接升力进行着陆的控制方案,可以实现着陆轨迹与着陆姿态之间的解耦,使得无人机可以以较好的姿态进行着陆.采用自抗扰控制(ADRC)方法分别设计了无人机非线性直接升力控制律以及着陆轨迹跟踪控制律.仿真结果表明:采用ADRC设计的非线性直接升力控制律可以实现直接升力控制的3种模式,并且对气动参数摄动具有较强的鲁棒性;采用直接升力着陆控制方法可以使得无人机以有利的姿态进行着陆,同时在近地面突风作用下,无人机依然可以以较好的姿态进行着陆.     

Adaptive dynamic programming-based adaptive-gain sliding mode tracking control for fixed-wing unmanned aerial vehicle with disturbances

This article proposes an adaptive dynamic programming-based adaptive-gain sliding mode control (ADP-ASMC) scheme for a fixed-wing unmanned aerial vehicle (UAV) with matched and unmatched disturbances. Starting from the dynamic of fixed-wing UAV, the control-oriented model composed of attitude subsystem and airspeed subsystem is established. According to the different issues in two subsystems, two novel adaptive-gain generalized super-twisting (AGST) algorithms are developed to eliminate the effects of disturbances in two subsystems and make the system trajectories tend to the designed integral sliding manifolds in finite time. Then, based on the expected equivalent sliding-mode dynamics, the modified adaptive dynamic programming approach with actor-critic structure is utilized to generate the nearly optimal control laws and achieve the nearly optimal performance of the sliding-mode dynamics. Furthermore, through the Lyapunov stability theorem, the tracking errors and the weight estimation errors of two neural networks are all uniformly ultimately bounded. Finally, comparative simulations demonstrate the superior performance of the proposed control scheme for the fixed-wing UAV.     

无人机空中加油过程中分数阶滑模会合导引控制

针对带末端角度和末端速度约束的无人机空中加油自主会合问题,设计了一种3维分数阶滑模导引律,使无人机在无加油机主动配合的情况下具备自主会合能力.首先,根据无人机与加油机之间的相对运动关系,设计了3维比例导引规律,使无人机能够到达期望的加油位置.其次,利用滑模控制的强鲁棒性特点以及分数阶微积分的精细控制特性,基于变结构理论和李雅普诺夫稳定性理论设计了一种带有末端角度约束的3维分数阶滑模变结构控制律,并用所设计的分数阶滑模控制律对3维比例导引指令进行重构,使无人机能以期望的末端追踪角度到达加油位置.然后,构造了速度指令生成器,对无人机的末端速度进行约束.最后,对所设计的导引律进行了仿真验证,仿真结果表明所设计出来的导引律能满足追踪角度和速度约束的要求.     

Adaptive dynamic surface control for integrated missile guidance and autopilot

Integrated guidance and control for homing missiles utilizing adaptive dynamic surface control approach is considered based on the three channels independence design idea. A time-varying integrated guidance and control model with unmatched uncertainties is first formulated for the pitch channel, and an adaptive dynamic surface control algorithm is further developed to deal with these unmatched uncertainties. It is proved that the proposed feedback controller can ensure not only the accuracy of target interception, but also the stability of the missile dynamics. Then, the same control approach is further applied to the control design of the yaw and roll channels. The 6-degree-of-freedom (6-DOF) nonlinear missile simulation results demonstrate the feasibility and advantage of the proposed integrated guidance and control design scheme.     

无人机的自动着陆控制

无人机的自动着陆控制是无人机控制中的一个难点,文中给出了一种无人机自动着陆的控制方法,并在某型无人机上得到了应用.基于无人机真实的风洞试验数据,利用MATLAB建立了无人机自动着陆的线性化模型和非线性模型,设计了无人机自动着陆导引控制方案及控制律,并在实际飞行试验中得到了验证,最终的飞行试验结果表明了所设计的自动着陆控制律能满足自动着陆的要求,并具有很好的静态和动态特性.     

The stochastic sliding mode variable structure guidance laws based on optimal control theory

A stochastic sliding-mode variable structure guidance law involving optimal control theory is presented for the missile target intercept model, in which state noise, uncertain system parameters, target movement and measured noise are considered. This guidance law synthesizes the merits of optimal guidance law with line-of-sight rate convergence and sliding-mode guidance law with strong robustness. Through theoretic analysis, it is proved that the sliding mode hyperplane is sub-achievable in the closed loop system. The numerical results show the effectiveness of the proposed control algorithm.     

无人机空中加油控制设计与仿真

无人机空中加油控制精度问题,无人受油机模型的各种不确定性与来自外部的各种干扰归结为扰动,造成控制精度差。为解决上述问题,提出一种免疫粒子群优化算法的自抗扰无人机自主空中加油飞行控制律设计方法。利用自抗扰控制能够自动检测并补偿内部与外部干扰影响的特点,并利用扩张状态观测器进行估计与补偿,从而增强了所设计飞行控制律的鲁棒性,用免疫粒子群优化算法对自抗扰控制器参数进行了优化研究,以提高设计效率。仿真结果表明,所设计的自抗扰自主空中加油控制系统具有优良的控制性能与较高的控制精度,能够满足无人机自主空中加油的要求。     

飞机俯仰运动自抗扰控制器设计

提出了利用自抗扰控制器在大包线范围内设计飞机俯仰运动控制器的新方法．利用二阶自抗扰控制器补偿系统模型扰动和外扰，实现了纵向运动俯仰角变量的跟踪控制．自抗扰控制器直接依据飞机的非线性模型，符合飞机动力学模型摄动大的特点，在很大的包线范围内不需要改变控制器的结构和参数，简化了飞行控制律的设计过程．大包线范围内的仿真结果表明，系统具有良好的动态和稳态性能，控制器具有很强的鲁棒性，为解决大包线范围内的飞行控制问题提供了一种有效的新途径．