抗多径干扰的有限时间收敛制导律

当雷达导引头俯视探测超低空目标时,受多径干扰的影响,跟踪精度严重降低。为了最大限度地降低干扰,需要将弹目视线角约束至布儒斯特角。基于终端滑模控制的方法,设计了一种非奇异快速终端滑模制导律;针对该制导律中目标加速度难以准确获得的问题,设计了滑模扰动观测器来估计目标加速度;在非奇异快速终端滑模制导律中引入观测器的估计值和带开关系数的符号函数,设计出一种复合非奇异快速终端滑模制导律。通过Lyapunov理论证明,该复合制导律可保证弹目视线角在有限时间内快速收敛至布儒斯特角,同时视线角速率收敛至0附近的小邻域内。仿真结果表明：当该复合制导律应用于对超低空目标拦截时,可使脱靶量减少至杀伤半径之内;相比于传统滑模制导律,可使系统状态的收敛时间减少4 s左右。     

考虑布儒斯特角约束的超低空机动目标拦截

为了提高防空导弹雷达导引头对超低空目标的探测跟踪精度,建立了超低空拦截模型; 基于变结构原理,设计了一种自适应变结构末制导律,并对该制导律进行了仿真验证。结果表明,该制导律可将弹目视线角约束在布儒斯特角附近,同时将视线角速率收敛至0,使多径干扰降到最小。针对超低空目标机动加速度受多径效应影响而难以准确测量和估计的问题,采用小角度线性化的方法对所设计的制导律进行改进。仿真结果表明,改进后的制导律具有理想的超低空拦截性能,且其在工程实践上更具有可行性。     

自适应非奇异快速终端二阶滑模制导律

针对打击机动目标带攻击角度约束的末制导问题,提出了一种带攻击角度约束的制导律。基于弹目相对运动模型,将攻击角度约束问题转化为终端视线角约束问题。设计了一种新型非奇异快速终端滑模面,结合改进的超螺旋算法,提出了一种自适应非奇异快速终端二阶滑模制导律。该制导律能够使弹目视线角及其角速率有限时间收敛,并设计了参数自适应律有效补偿未知扰动。通过仿真实验,验证了所提制导律能以期望攻击角度精确命中目标,且与现有制导律相比,收敛速度更快,制导精度更高,能量消耗更少。     

基于滑模控制的制导方法研究

针对空地导弹末制导段终端角约束问题,根据滑模控制理论,设计了加速度控制指令垂直于弹目视线方向的制导规律。从建立末制导过程中导弹和目标间的动力学方程入手,推导出以视线角和视线角速度为状态量的状态方程,构建了一个滑模面,在这个滑模面上弹目视线角和期望的终端角之差与弹目视线角速度为零。又引入Lyapunov函数驱动系统达到所设计的滑模面,综上推导出控制加速度的表达形式。该导引律在满足终端角要求的同时,能进一步增大导弹击顶速度。最后,在MATLAB环境下构建了几种仿真场景,仿真结果表明该制导律的有效性。     

基于扩张状态观测器的攻击角度约束制导律

为满足现代战场对拦截弹特定攻击角度约束的要求,设计了一种自适应滑模制导律。以弹目视线角与视线角速率为状态变量,在二维平面建立了制导模型;采用一种自适应滑模趋近律,设计了具有攻击角约束的制导律;采用扩张状态观测器,对目标机动进行估计补偿,并用于所设计的制导律。进行了仿真分析,结果表明,所设计的制导律能够引导拦截弹以期望的角度命中目标,对于目标的机动具有一定的鲁棒性,能有效实现对目标实行特定角度攻击并基本满足零脱靶量的要求。     

多约束超螺旋滑模变结构制导律

针对末制导过程中出现的加速度、落点和落角等多约束问题，研究一种多约束2阶超螺旋滑模制导律。将弹目相对运动方程转化为标准2阶系统模型，基于超螺旋(ST)算法设计2阶滑模制导律，使系统能够快速达到收敛，满足对落角的导引精度需要；采用饱和函数代替符号切换函数，消除滑模变结构算法固有的抖振问题；为解决加速度受限问题，设计带辅助系统(AS)的制导律。数字仿真结果表明，所设计的制导律能以期望的攻击角度和落角精确命中目标，与现有的1阶滑模制导律相比，收敛速度更快，制导精度更高。     

远程制导炮弹2阶滑模导引控制一体化设计

以远程制导炮弹为研究对象,针对传统导引与控制系统分开设计,在打击机动目标时容易脱靶的缺陷,提出一种2阶滑模导引控制一体化设计方法。将舵控伺服系统视为1阶动力学过程,考虑制导炮弹末制导过程的特点,采用小扰动假设,基于初始弹目视线建立了适用于制导炮弹的纵向平面内的导引控制一体化设计线性模型。在目标机动策略未知及制导炮弹气动参数有误差的情况下,以零化弹目视线角速率为准则,基于准连续滑模控制方法,设计了一种2阶滑模一体化导引控制律。为了体现一体化设计的优势,基于传统滑模控制理论,给出了一种独立的鲁棒自动驾驶仪与鲁棒导引律。仿真结果表明,存在有界不确定性的情况下,一体化导引控制律具有更高的命中精度。     

带落角约束的有限时间收敛末制导律研究

针对导弹末制导过程中的终端落角约束的问题,基于滑模控制和有限时间控制理论,设计了一种有限时间收敛末制导律。利用终端滑模控制中滑模面上的跟踪误差能够有限时间收敛到0的特点,选取终端滑模面,引入落角约束项,采用有限时间稳定性理论对导引律的有限时间收敛特性进行了证明,并给出了收敛时间的数学表达式。将该末制导律与其他2种带落角约束的导引律进行了对比仿真。结果表明,利用该制导律,制导武器能以更高的命中精度和更小的落角偏差命中目标。     

基于虚拟导引头的航空炸弹最优制导律研究

为消除卫星制导高度误差的影响,从而提高命中精度,卫星制导炸弹最优制导律必须满足大弹着角约束条件。文中在分析航空制导炸弹信息获取的基础上,提出并建立了卫星制导虚拟导引头数学模型;基于该虚拟导引头,研究了带有弹着角约束的最优制导律,并进行了六自由度全弹道仿真。仿真结果证明,该制导律响应速度快,弹着角性能提高约60%,具有较好的制导精度,同时制导参数设置简单,易于工程实现。     

带末端角度约束的离散滑模制导律设计

为了提高导弹的命中精度,基于平面内弹目运动方程的离散形式,设计了一种带有角度约束的离散滑模制导律;基于李雅普诺夫理论分析了滑模制导的稳定性与可达性条件;然后将该制导律与带有角度约束的离散比例制导律进行比较,结果表明,设计的制导律更满足角度约束条件且具有更小的脱靶量,最后采用蒙特卡洛仿真验证了该制导律的普遍适用性。     

带角度约束的倾斜转弯飞行器制导律设计

针对倾斜转弯飞行器以给定角度攻击目标的要求,考虑控制回路动态特性对制导的影响,研究了带角度约束的制导律设计方法。以倾侧角和法向过载指令为控制量,建立了含控制回路动态特性的设计模型; 基于该模型和多通道解耦的思想,提出带角度约束的滑模变结构制导律,通过调整趋近律参数消除抖振。理论分析表明:在初始阶段,该制导律较最优制导律对过载的需求小; 通过优化制导律参数,当系统进入滑模面后,飞行器能按最优制导律命中目标。仿真表明,该制导律在满足落点和落角要求的同时,具有对过载需求分配合理、速度损失小的优点。     

考虑自动驾驶仪动态特性和攻击角约束的鲁棒末制导律

针对制导弹箭打击机动目标时带攻击角约束的末制导问题,考虑自动驾驶仪动态特性以及目标机动不确定性对制导过程的影响,结合积分滑模与动态面控制方法,设计了一种新型鲁棒末制导律。自动驾驶仪的动态特性以含扰动的2阶动力学模型来表征,目标机动引起的模型不确定性以光滑非线性扰动观测器来估计。滑模面取视线角速率与视线角偏差的组合形式,且引入剩余飞行时间,以使制导弹箭在整个末制导过程中过载性能良好。依据李雅普诺夫稳定性理论证明了闭环系统中视线角速率与视线角偏差均最终一致有界任意小。通过数值仿真与弹道成型制导律及非奇异滑模制导律进行了对比,验证了该末制导律的有效性与优越性。     

一种Terminal滑模制导规律研究

为拦截高速、大机动目标,建立了纵向平面内的拦截器-目标非线性相对运动学模型,基于Terminal滑模控制中滑模面上的跟踪误差能够在有限时间内收敛到0的思想,设计了纵向平面内的Terminal滑模制导律,并结合Lyapunov稳定性理论对其稳定性进行了证明推导;将继电特性连续化的方法引入到制导律设计中,实现了准滑动模态控制.仿真表明,所设计制导律能使视线角速率在有限时间内收敛到0.该制导律符合动能拦截器可用过载小、燃料受限、对脱靶量要求高等要求,具有一定的工程应用价值.     

考虑自动驾驶仪特性的自适应模糊动态面滑模制导律设计

针对导弹拦截高机动性目标的问题,基于自适应模糊逼近策略和动态面滑模控制思想,提出了一种新型的拦截制导律。建立了考虑自动驾驶仪动态延迟特性的弹目相对运动方程,以零化视线角速率为出发点,设计了基于自适应趋近率的动态面滑模制导律,同时设计了综合视线角速率以及弹目距离的自适应模糊方法,对变结构项进行逼近。仿真结果表明,针对高机动性目标,该制导方法能够有效地去除抖振,并且具有良好的制导精度。针对导弹拦截高机动性目标的问题,基于自适应模糊逼近策略和动态面滑模控制思想,提出了一种新型的拦截制导律。建立了考虑自动驾驶仪动态延迟特性的弹目相对运动方程,以零化视线角速率为出发点,设计了基于自适应趋近率的动态面滑模制导律,同时设计了综合视线角速率以及弹目距离的自适应模糊方法,对变结构项进行逼近。仿真结果表明,针对高机动性目标,该制导方法能够有效地去除抖振,并且具有良好的制导精度。     

机动目标拦截含攻击角约束的新型滑模制导律

针对导弹带有攻击角约束的机动目标拦截问题,结合积分滑模和全局滑模控制方法的优点,设计了一种全新的导弹滑模制导律（SMGL）。在纵向平面内建立考虑攻击角约束的弹目相对运动方程。采用一种新的非线性饱和函数来构造积分滑模面中的积分项,提出了一种新型的非线性全局积分滑模控制方法,解决了传统积分滑模控制中系统暂态性能恶化的问题,降低了系统的稳态误差,保证导弹在有限时间内以更理想的攻击角命中目标,同时使导弹在整个拦截过程中具有很强的鲁棒性。采用动态面控制方法设计了考虑攻击角约束和自动驾驶仪动态特性的导弹全局非线性积分SMGL,基于Lyapunov稳定性准则证明了闭环系统所有状态最终一致有界。与传统线性积分SMGL和偏置比例导引律进行仿真对比,仿真结果验证了全局非线性积分SMGL的有效性和优越性。     

基于虚拟目标和滑模制导律的程控弹道设计方法

基于空空导弹程控弹发射试验目的,提出一种基于虚拟目标和滑模制导律的设计程控弹道设计方法。选择鲁棒性较强的滑模制导律,既实现了程控弹发射试验的考核目标,又初步闭合了制导系统。仿真结果表明：该方法可以有效实现弹道的程序控制,程控结束时弹道倾角、弹体攻角等满足要求。     

自适应全程滑模变结构在轨迹跟踪上的应用

针对高超声速飞行器(hypersonic reentry vehicle,HRV)轨迹跟踪问题,提出一种自适应全程滑模变结构轨迹跟踪方法。首先,基于最优化理论设计全程滑模面,使系统的轨线一开始便落在切换面上;其次,采用滑模变结构控制与自适应控制相结合的方法,根据辨识结果自动调整控制律,在保证稳定性的同时削弱抖振;最后,采用Lyapunov定理证明系统的稳定性,并在一定的干扰作用下,将所设计的跟踪算法进行数值仿真,通过与二次型调节器(linear quadratic regulator,LQR)跟踪算法进行比较,验证了控制器的有效性。