一种带时间协同和角度约束的多导弹三维协同制导律

针对多枚导弹在三维空间从不同初始位置同时拦截机动目标的问题,设计了一种带视线角约束的有限时间协同制导律.首先,给出三维空间的导弹–目标相对运动方程并建立了考虑视线角约束的多弹协同制导模型.其次,对视线纵向及法向方向分别设计了相应的协同制导律.其中在视线方向基于多智能体有限时间一致性理论设计了协同制导律,保证各拦截弹能够同时击中目标;基于一种新型的固定时间非奇异终端滑模控制方法设计了视线法向上的角度约束制导律,使各拦截弹的视线角能够在固定时间内收敛至期望值,实现空间上的协同;同时,构造了扩张状态观测器估计目标加速度.最后,对三枚导弹同时拦截同一机动目标的情况进行仿真对比,验证了本文所提出协同制导律的有效性.     

一种针对机动目标的三维鲁棒导引律

针对球坐标系下的三维导弹与目标相对运动模型,基于零化导弹与目标视线角速度的思想,在不依赖于碰撞线附近线性化的假设的情况下,设计了满足输入-状态稳定性(ISS)理论的非线性鲁棒导引律.该导引律的设计不需对目标机动加速度做自适应估计,在目标运动信息完全未知的情况下可实现对机动目标的扰动抑制、跟踪和拦截.仿真结果表明,所设计...     

一种基于许瓦兹不等式的最优末制导律设计

针对导弹和目标相对运动学关系,利用许瓦兹不等式,提出了一种新的基于制导品质最优的末制导律。在导弹和目标的三维相对运动关系的基础上,忽略三维制导平面的耦合因素,同时考虑二阶的弹体响应环节,建立了导弹制导系统的数学模型。基于在有限时间内零化弹目相对距离和零化弹目视线角速率,以及导弹机动能量最小的优化制导品质的思想,利用许瓦兹不等式推导出一种用解析形式表示的最优末制导律。这种最优制导律通过估算剩余时间,实现对目标的有效拦截。最后通过数字仿真,验证了在脱靶量、弹目视线角速率和机动能量的制导品质方面,所提出的最优制导律要优于一般的比例制导律。     

侵彻型制导炸弹垂直攻击末制导律研究

侵彻型制导炸弹不仅要求较高的制导精度,而且要求命中目标时具有较大的弹着角.针对加装导引头的侵彻型制导炸弹垂直命中目标的要求,设计了一种非线性制导律,建立三维空间弹目相对运动的非线性模型,根据非线性系统输入输出解耦控制思想,并充分利用弹上组合导航系统和导引头提供的丰富制导信息,设计了一种能够保证弹目视线角速度趋于零,同时保证视线倾角趋于垂直的非线性制导律.仿真结果表明,上述制导律能够满足脱靶量和侵彻型制导炸弹对末端弹道倾角及攻角的要求,性能优于传统的带落角约束的最优导引律.     

攻击大机动目标的变结构末制导律设计

研究优化末制导的性能问题,针对导弹动态系统的非线性关系,通过分析导弹和目标的相对运动系统状态方程的可观性,为了攻击大机动目标,提出修正极坐标系,根据非线性系统鲁棒控制理论和滑模变结构理论来设计导弹的末制导律,实现对目标机动加速度的界进行在线估计,同时保证系统稳定.把制导律应用于导弹系统并进行仿真,结果表明,导弹和目标的视线角速度趋于零,从而保证目标拦截成功.证明导弹制导算法对大机动目标有较强的鲁棒性,制导律应用于导弹攻击大机动目标是有效的.     

红外制导导弹最优导引律工程实现方法研究

为了研究提高导引精度,用最优控制理论推导出的最优比例导引律,给出了一种只需目标视线角速率信息的最优比例导引律工程实现方法,方法不需要最优比例导引律中的相对速度、目标加速度和剩余时间等信息,与基于小离轴角的假设推导得出的经典的比例导引律相比,可满足近距格斗导弹大离轴发射和攻击高机动目标的要求。经仿真结果证明,最优比例导引律的工程实现方法尤其适合不带测距功能的红外制导导弹,与需要剩余时间估计算法的方法相比具有更强的工程可实现性。     

弹道坐标中三维鲁棒非线性导引律

本文针对机动目标拦截问题,考虑导弹控制系统动态特性及其不确定性,利用分块反步设计思想,结合输入-状态稳定性理论,在弹道坐标系中设计了一种三维非线性鲁棒导引律.与大多数已有的导引律相比,本文直接地在弹道坐标系中设计导引律,并且所设计的导引律可有效克服控制系统动态特性和不确定性对制导效果的影响,理论分析和数值仿真表明,本文设计的导引律对目标机动和控制系统所受的外来有界扰动均具有较强的鲁棒性.     

一种改进的组合末制导律研究

在分析经典比例导引律基础上,利用有限获得的制导信息,通过非线性估计器来估算视线角加速度,提出一种由比例项、角加速度项和前置角项组成的改进的组合末制导律.它具有纯比例导引结构简单、易于实现的优点,同时能够克服其攻击机动目标能力较差的缺点,提高了系统的可观性.经过大量数字仿真研究表明,应用这种改进的组合末制导律,导弹的最大及最小过载均小于常规比例导引,同时脱靶量及命中时间也有明显降低,有效地提高了导弹的制导精度.     

考虑攻击角度和视场角约束的自适应终端滑模制导律

针对导弹拦截机动目标的末制导问题,基于有限时间滑模控制理论设计一种带有攻击角度和导弹视场角约束的制导律.首先,将导弹末制导问题转化为带有状态约束的制导系统稳定问题,设计一种新型的非奇异终端滑模面和时变的障碍Lyapunov函数,给出一种终端滑模制导律的设计方法,并针对目标机动的不确定性设计一种对目标机动上界的自适应估计;然后,通过稳定性理论证明制导系统的状态变量最终是有限时间收敛的,并且结合时变的障碍Lyapunov函数和滑模面的设计特性证明在末制导过程中视场角约束条件始终不会被违背,相比于现有的考虑视场角约束的制导律,该制导律不存在指令转换,能够加快制导系统收敛速率,增强制导系统的抗干扰能力;最后,通过仿真实验验证所提出制导方法的有效性.     

一种新型自适应RBF神经网络滑模制导律

针对导弹拦截问题,提出一种自适应RBF神经网络滑模制导律．首先根据准平行接近原理和变结构控制理论设计滑模面,然后将滑模面作为RBF神经网络的输入变量,输出量即为导弹的加速度．为了使得导弹系统能够到达滑模面,采用自适应算法实时在线调整RBF神经网络的连接权值．该导引律将目标机动视为干扰量,在拦截过程中不需要测量目标加速度,因此该导引律对目标机动具有较强的鲁棒性．在执行上,只用到了视线角速率,因而实现简单．仿真结果表明,所提出的导引律和比例导引相比在脱靶量、拦截时间等方面有了很大的提高．     

考虑参数优化的BTT导弹三维非线性制导律

针对BTT（bank-to-turn）导弹制导过程中的通道耦合问题,设计了一种考虑制导参数优化的新型的三维非线性制导律.首先,采用旋量描述方法构建弹目视线方位模型,采用矢量描述方法构建弹目视线角速度模型,从而得到了导弹制导的三维非线性模型;然后,将制导律分为制导控制项和耦合补偿项.基于制导控制项最优设计相应的目标函数.同时,在不损失制导信息的情况下,将制导模型转化为线性形式;最后,分别针对无终端约束和有终端约束情况,基于二次型最优方法得到了三维制导律.该制导律既解决了通道解耦,其制导参数又满足一定物理意义下的最优性.仿真结果验证了本文所设计制导律的有效性.     

Adaptive guidance law design based on characteristic model for reentry vehicles

In this paper an adaptive guidance law based on the characteristic model is designed to track a reference drag acceleration for reentry vehicles like the Shuttle. The characteristic modeling method of linear constant systems is extended for single-input and single-output （SlSO） linear time-varying systems so that the characteristic model can be established for reentry vehicles. A new nonlinear differential golden-section adaptive control law is presented. When the coefficients belong to a bounded closed convex set and their rate of change meets some constraints, the uniformly asymptotic stability of the nonlinear differential golden-section adaptive control system is proved. The tracking control law, the nonlinear differential golden-section control law, and the revised logical integral control law are integrated to design an adaptive guidance law based on the characteristic model. This guidance law overcomes the disadvantage of the feedback linearization method which needs the precise model. Simulation results show that the proposed method has better performance of tracking the reference drag acceleration than the feedback linearizaUon one.     

A three-dimensional robust nonlinear terminal guidance law with ISS finite-time convergence

This paper presents a novel three-dimensional nonlinear terminal guidance law with finite-time convergence for intercepting manoeuvring targets. Different from the usual method of decoupling the missile-target relative motion into two-dimensional planes, this law is designed via using the coupled dynamics. The guidance law is derived based on the theory of finite-time input-to-state stability (ISS), which needs no assumption of the linearisation and the estimation of target accelerations. Under this law, the line-of-sight angular rates can be stabilised to a small domain of convergence around zero in finite time. The convergence rate and convergence domain can be adjusted by changing the guidance parameters. First, a sufficient condition on finite-time ISS of the guidance system is given, and is subsequently used to design the guidance law. Finally, simulation results are provided to show that the proposed guidance law possesses fast convergence rate and strong robustness to target manoeuvres.     

基于自适应动态规划的导弹制导律研究综述

自适应动态规划（Adaptive dynamic programming,ADP）作为最优控制领域的近似优化方法,是求解复杂非线性系统最优控制问题的有力工具.近年来,已成为控制理论与计算智能领域的研究热点.本文着重介绍ADP算法的理论研究进展及其在航空航天领域的应用.分析了几种典型的制导律优化设计方法,以及ADP方法在导弹制导律设计中的应用现状和前景.     

拦截高速机动目标的非线性自抗扰制导律

为实现导弹对目标的高精度拦截, 本文提出了基于加权齐次函数的非线性自抗扰拦截制导设计方法. 首先, 提出了基于加权齐次函数的非线性扩张状态观测器在线估计视线角速率和由目标加速度等内外不确定性因素构成的总扰动. 其次, 设计了基于非线性扩张状态观测器的非线性自抗扰三维制导律对总扰动进行补偿, 该制导律克服了高阶非线性项与强耦合项等不利因素的影响, 提高了拦截制导精度. 本文通过分析误差系统的动力学行为证明了闭环制导系统的稳定性和收敛性. 本文提出的方法在拦截精度等方面优于已有的基于线性扩张状态观测器和基于fal函数的扩张状态观测器的自抗扰制导方法. 仿真结果验证了本文所提出方法的有效性和优越性.     

含攻击角度约束的三维制导控制一体化鲁棒设计方法

针对具有攻击角度约束的STT飞行器对象,提出了一种三维制导控制一体化鲁棒设计方法.首先,基于某些可行性简化原则,推导出面向三维制导控制一体化设计的非线性数学模型.然后,针对一类多变量非线性系统,通过引入控制补偿项,提出了一种鲁棒动态逆设计方法.结合鲁棒动态逆和动态面控制方法,完成了制导控制一体化鲁棒算法的设计.仿真结果表明,所提出的三维制导控制一体化算法可保证飞行器的稳定飞行和精确制导,并且满足攻击角度的约束要求.此外,该方案具备针对参数不确定性和等效干扰的强鲁棒性能.     

基于LMI约束优化的再入飞行器预测控制

针对飞行器再入过程中的复杂多约束,提出一种基于线性矩阵不等式(LMI)约束优化的纵向制导方法.首先对再入飞行器的纵向运动方程伪线性化建模,保证在标准轨道邻域内点点可控,简化了非线性模型;然后在每个制导周期内利用LMI求解有约束的凸优化问题,从而获得在线反馈控制律和全量控制量,用于实际再入轨道的制导;同时给出了切换闭环系统稳定性的证明.仿真结果表明,所设计的制导律对再入初始点状态偏差等具有较强的鲁棒性.     

Missile guidance law design using adaptive cerebellar model articulation controller

An adaptive cerebellar model articulation controller (CMAC) is proposed for command to line-of-sight (CLOS) missile guidance law design. In this design, the three-dimensional (3-D) CLOS guidance problem is formulated as a tracking problem of a time-varying nonlinear system. The adaptive CMAC control system is comprised of a CMAC and a compensation controller. The CMAC control is used to imitate a feedback linearization control law and the compensation controller is utilized to compensate the difference between the feedback linearization control law and the CMAC control. The online adaptive law is derived based on the Lyapunov stability theorem to learn the weights of receptive-field basis functions in CMAC control. In addition, in order to relax the requirement of approximation error bound, an estimation law is derived to estimate the error bound. Then the adaptive CMAC control system is designed to achieve satisfactory tracking performance. Simulation results for different engagement scenarios illustrate the validity of the proposed adaptive CMAC-based guidance law.     

Nonlinear feedback solution to a bounded Brachistochrone problem in a reduced state space

The optimal nonlinear feedback law for both an unbounded and bounded Brachistochrone problem is given. These control laws describe the Brachistochrone problem in a very simple manner. These laws are derived by using a dimensionless set of state variables which spans a lower dimensional space than the original state space. Also using this reduced state space a two-dimensional instead of three-dimensional field of extremals is constructed for a space bounded Brachistochrone problem. This illustrates that the state space may be reduced so that the storage of a field of extremal trajectories will not exceed the storage capacity of a practical on-board computer. In this way, optimal feedback control may become a practical technique for a larger class of nonlinear systems.