旋转质量矩弹头双环滑模变结构姿态控制

为解决质量矩弹头的复杂非线性控制问题,把质量块运动引起的转动惯量的变化和惯性力矩作为参数不确定性因素,考虑了气动力矩参数的变化,提出了基于时间尺度分离的两环变结构姿态控制,设计了含有跟踪误差及其积分函数的滑动超平面,基于李雅普洛夫函数证明了能达阶段的收敛性,分析了闭环系统的稳定性.仿真结果表明,该控制策略具有很好的快速性、稳定性,对上述3种不确定性具有一定的鲁棒性.     

质量矩拦截弹变质心执行机构运动分析

质量矩拦截弹通过驱动变质心执行机构改变导弹质心,进而改变其姿态角,从而实现对拦截弹的机动控制.文中从质量矩拦截弹的动力学问题入手,建立了非线性动力学模型,并对变质心执行机构运动情况进行了理论分析及仿真研究,分析研究了引入变质心执行机构对拦截弹带来的转动惯量、力矩和状态耦合的影响情况,对影响拦截弹快速响应以及耦合特性的主要因素进行了分析,并进行仿真验证,为研究质量矩拦截弹的控制律和实际应用打下基础.     

参数辨识技术在再入弹头自由滚转风洞试验中的应用

对再入弹头的小滚转气动力矩及小气动阻尼力矩的测量是其动态风洞试验的重点和难点.基于气浮轴承技术,设计了一套自由滚转风动试验系统,开展了带控制翼再入机动弹头的自由滚转风洞试验.建立了正弦函数形式的小滚转气动力矩模型.运用自适应的扩展卡尔曼滤波算法(adaptive EKF,AEKF)辨识气动参数.气动参数重构数据表明辨识结果的可信度较高.辨识结果显示,小滚转气动力矩随滚转角速度的降低而减小,滚转阻尼力矩随滚转角速度的降低而增大.     

参数辨识技术在再入弹头自由滚转风洞试验中的应用

对再入弹头的小滚转气动力矩及小气动阻尼力矩的测量是其动态风洞试验的重点和难点.基于气浮轴承技术,设计了一套自由滚转风动试验系统,开展了带控制翼再入机动弹头的自由滚转风洞试验.建立了正弦函数形式的小滚转气动力矩模型.运用自适应的扩展卡尔曼滤波算法(adaptive EKF,AEKF)辨识气动参数.气动参数重构数据表明辨识结果的可信度较高.辨识结果显示,小滚转气动力矩随滚转角速度的降低而减小,滚转阻尼力矩随滚转角速度的降低而增大.     

陀螺/加速度计稳定环对“动中通”系统的扰动校正

针对"动中通"系统两次上位机指令间隔中载体姿态变化的扰动,提出了基于三轴陀螺和加速度计的稳定回路跟踪控制方法。该方法在传统伺服系统电流环、速度环和位置环的反馈回路中增加了负载速度前馈补偿和稳定回路位置校正环节。利用陀螺和加速度计的测量数据融合、稳定跟踪修正的原理隔离载体姿态变化,对测量噪声信号用卡尔曼滤波技术进行估计和误差补偿,有效地提高了系统对姿态扰动的隔离度。仿真验证结果表明,伺服稳定系统的响应时间小于200ms,动态跟踪误差小于0.1°,隔离度高于97%,具有较高的跟踪精度,能够满足工业应用稳定跟踪控制。     

随机最优控制理论在再入机动弹头制导中的应用

建立了机动再入弹头攻击地面目标的随机数学模型,根据再入机动弹头攻击目标的要求,选择合理的代价函数和控制量的约束方程,利用随机最优控制理论,结合再入弹头的运动学与动力学方程,获得再入弹头的最优制导律.该制导律在存在状态噪声和观测噪声的情况下能有效完成再入机动弹头的制导,并使系统满足一定的约束条件.将此最优制旱算法应用到某型再入弹头,通过计算机仿真验证了算法的正确性.     

复合制导再入机动弹头再入误差分析

根据融合了干扰因素的再入机动弹头再入段六自由度弹道方程,研究了一种基于变化的再入干扰量偏导数矩阵和弹道参数偏差的参数估计方法,由再入干扰方程求得辅助导航系统开始工作前每一时刻的再入误差值.理论推导和仿真结果表明,该再入误差分析方法是合理的,分析结果在估算结果范围之内,气动干扰是再入误差的主要影响因素.     

中段弹头IMM-EKF跟踪方法及性能分析

为了提高中段弹头跟踪收敛速度以及跟踪精度,提出了一种基于交互多模型(IMM)的扩展卡尔曼滤波(Extended Kalman Filter,EKF)的跟踪算法。基于中段弹头加速度变化特点,建立了目标的中段系统动力学模型及量测模型,通过引入速度测量值,使用IMM-EKF算法对中段目标进行跟踪。仿真结果表明,通过交互多模的非线性滤波算法,可以使中段跟踪收敛速度大为加快,速度测量值的引入也使得跟踪精度有所提高,并在弹头中段与再入段衔接处有较好的跟踪性能; 验证了IMM-EKF跟踪中段弹头的有效性。     

战术弹道导弹复合制导关键技术研究

分析了在研究现代战术弹道导弹复合制导过程中需要重点研究的技术.讨论了机动弹头的研制、末制导技术、现代制导规律、导弹再入和交接班技术等问题,并就其关键技术进行了探讨.最后,就如何利用我国现有的战术弹道导弹进行复合制导的研究提出了几点建议.     

弹道导弹弹头运动的解析解

本文求出了在平面、不转动地球上空再入大气层的弹道导弹弹头运动的解析解。分析中保留了Allen和Eggers分析中所用的指数大气模型,但弹头的阻力系数不再当作常数,而是表示成速度的函数。弹头设计分析人员可以利用本文得出的公式,直接算出沿弹道上任一点的弹头速度、再入过程中的最大轴向加速度及其出现的高度。     

非线性预测控制在质量矩导弹姿态控制系统设计上的应用

以所建立的质量矩导弹数学模型为基础, 通过对模型合理地简化, 得到一个耦合的非线性动力学系统.考虑到质量矩导弹的鲁棒性要求和两个滑块伺服机构的协调控制问题, 用基于反馈线性化的非线性控制理论, 采用非线性预测控制, 解决了质量矩导弹姿态控制系统设计问题, 并且系统对于参数的不确定性具有很强的鲁棒性.仿真结果检验了这种方法的有效性.     

基于磁悬浮控制力矩陀螺的航天器姿态角速率测量方法

针对现有姿态控制系统检控分离导致姿控系统存在异位控制等突出问题,提出了一种基于磁悬浮控制力矩陀螺的航天器姿态角速率测量方法。建立了基于磁悬浮控制力矩陀螺金字塔构型的动力学模型,根据惯量矩定理分析了基于磁悬浮控制力矩陀螺的航天器测控一体化机理,并通过金字塔构型中3个磁悬浮控制力矩陀螺的联合求解,得到了航天器姿态角速率的解析表达式。仿真结果证明了该方法的有效性和优越性。     

鸭式布局导弹滚转控制的气动外形设计

通过对鸭式布局导弹诱导滚转力矩的产生机理进行分析和研究,提出了改善常规鸭式布局导弹的诱导滚转特性的途径和措施,对这些改进措施的使用特性进行了分析和论述。     

基于DYC的四轮驱动电传动车辆动力学控制系统研究

为进一步改善四轮驱动电传动车辆的动力学特性,设计了基于直接横摆力矩控制的电传动车辆动力学控制系统.首先,以改进2自由度车辆模型为基础制定出用于保证车辆稳定性的动力学控制目标;之后,采用"前馈+反馈"控制结构,设计了结合动态滑模和最优调节的电传动车辆直接横摆力矩控制器,并按照不影响纵向行驶性能的原则,以轴载估计为比例分配各独立电驱动车轮的电机驱动转矩.研究表明:该四轮驱动电传动车辆动力学控制系统能够加快车辆系统响应速度,并有效抑制车辆运动进入不稳定状态的趋势,所得整车直接横摆力矩光滑平稳,并对路面附着变化和系统不确定参数具有良好的鲁棒性.     

多轮独立电驱动车辆转向稳定性集成控制研究

为提高多轮独立电驱动车辆转向稳定性,提出一种以直接横摆力矩控制为核心的集成控制方法,分别设计直接横摆力矩上层目标跟踪控制器和下层转矩协调控制器,并对下层控制器进行多层次优化设计。采用转矩预分配、最优滑转率控制分配和补偿分配相结合的多层次分配结构,实现系统层面和单个驱动轮转矩的优化分配控制,最大限度减小横摆力矩执行误差。基于某型8轮独 立电驱动试验样车,进行低附着路面和良好路面双移线行驶试验。试验结果表明：设计的集成控制器有效提高了车辆转向的稳定性,能实现对期望转向轨迹的良好跟踪。     

飞翼飞机新型操纵舵面故障效能影响分析

飞翼飞机通常采用升降副翼与阻力式方向舵作为操纵舵面,此类舵面的操纵特性与常规舵面区别较大。为研究新型舵面故障情形对飞翼飞机操纵效能的影响,基于舵面的操纵耦合特性,采用可达力矩集方法分析了卡死、松浮、受损三类故障对三轴操纵效能影响,并对比总结了新型操纵面与常规操纵面故障情形对操纵效能影响的区别。研究结果表明,升降副翼故障对飞翼布局飞机的滚转和俯仰操纵能力产生较大的影响,升降副翼卡死故障对效能影响最大;阻力式方向舵发生故障后仍保留一定的偏航操纵能力,同时耦合效应会导致其对俯仰操纵能力产生显著影响;而松浮故障对偏航操纵能力的影响最大。     

无翼式布局制导火箭弹俯仰操纵气动特性

为了研究某无翼式布局制导火箭弹进行俯仰操纵时非线性气动特性对弹箭操纵性的影响,通过模型风洞试验和数值计算相结合的方法,分析了不同马赫数、舵偏角和攻角等因素对该火箭弹气动特性的影响。对模型进行超声速风洞试验,试验结果表明,俯仰操纵负舵偏角时俯仰力矩系数导数随攻角先增大后减小,正舵偏角时俯仰力矩系数导数随攻角先减小后增大。采用ANSYS FLUENT对不同工况下该弹气动特性进行数值计算,计算结果表明,得到的俯仰力矩与风洞实验结果吻合较好,最大误差仅为4.6%。各部件气动特性分析结果表明:弹身的压心在负舵偏角时前移,正舵偏角时后移; 上尾舵受弹身干扰影响法向力效率降低; 负舵偏角时下尾舵的法向力系数导数随攻角减小,正舵偏角时下尾舵的法向力系数导数随攻角增大; 各部件共同作用下弹箭气动特性呈非线性。     

舵面形状对铰链力矩的影响分析

为研究舵面形状对铰链力矩的影响,运用CFD技术模拟某无翼式布局弹箭在不同马赫数下的尾舵受力分布情况,分别对尾舵前缘根弦、后缘梢弦与后缘根弦进行小面积的裁剪,得到三组弹身-尾舵组合体,分别对各组合体进行数值模拟,得到各组合体在不同马赫数下的舵面压心、铰链力矩以及全弹气动特性系数。结果表明,裁剪尾舵前缘使舵面压心更分散; 裁剪尾舵后缘使舵面压心更集中,有利于铰链轴的设计,可有效减小铰链力矩; 裁剪尾舵对全弹的气动特性有微小的影响。     

基于组合矩特征的舰船目标识别

针对采用一维距离像特征进行舰船目标识别时,大样本需要、算法复杂和效率较低的问题,提出一种利用组合矩特征进行舰船目标识别的方法.首先提取目标距离像的变换不变矩及小波不变矩特征,并且在考虑算法效率及分类器设计的基础上,最终选取共6维特征构造组合矩,作为分类器输入,并利用实测数据对特征进行简化.分析结果表明:经过实测舰船数据验证,所提取的特征克服了姿态、幅度敏感性等特点,能够较好地表征不同类型舰船的差异.算法分类正确率较高,具有较好的工程应用前景.     

基于神经网络的控制力矩陀螺自抗扰解耦控制

针对Model750控制力矩陀螺(control moment gyroscope,CMG)的耦合及扰动问题,提出一种基于径向基函数(radial basis function,RBF)神经网络逆系统和线性扩张状态观测器(linear extended state observer,LESO)的控制力矩陀螺复合解耦控制方法。利用神经网络的非线性逼近能力构建逆系统并与原系统串接,将原系统解耦成2个等效的伪线性子系统;采用线性扩张状态观测器估计等效系统的残余耦合项和扰动项加以补偿,并与比例微分(proportion differentiation,PD)控制器形成闭环以提高系统的动态控制性能。对提出的控制方法与PID-RBF逆控制方法进行仿真对比,结果表明:该方法可有效实现Model750系统的解耦,具有更好的动态控制性能和鲁棒性。