考虑目标机动和落角约束的二阶滑模制导律

针对末制导阶段导弹以期望的终端落角攻击高机动目标的需求,将Super-twisting算法与自适应滑模扰动观测器相结合,提出一种满足终端落角约束的二阶滑模制导律。目标机动带来的干扰导致系统扰动的上界未知,将目标加速度视为系统扰动,设计自适应滑模扰动观测器对系统扰动进行在线估计,通过对观测器增益进行自适应调整,克服传统观测器选取增益时依赖扰动上界的缺陷。设计改进的Super-twisting算法作为制导律的趋近律,在降低抖振的同时使制导律可充分利用导弹的过载能力,从而提升系统的收敛速度,解决传统Super-twisting算法中系统状态远离平衡点时收敛速度慢的问题。基于李雅普诺夫稳定性理论,证明该制导系统能在有限时间内收敛。数学仿真结果表明：自适应滑模扰动观测器和所设计制导律有效,自适应滑模扰动观测器能够准确跟踪系统扰动,所设计的制导律能够满足期望的终端落角约束,且具有较高的命中精度,脱靶量小于0.2 m。     

闭环两尺度系统复合LQR控制建模与设计方法

分析了Kokotovic提出的复合LQR控制器设计方法,以复合控制与最优控制的性能指标差异为依据,评判了设计控制器过程中所建立的标准两尺度系统模型是否符合系统内在的时间尺度特性;指出了以开环时间尺度特性分解系统的缺陷,分析了系统参数变化对闭环时间尺度特性的影响; 基于闭环时间尺度特性分析,提出了将一般线性动力学方程转换为标准两尺度系统形式的方法, 并分析了小参数mu在复合控制器设计中的影响.依据该标准两尺度模型设计的控制器能够敏感由系统参数变化或反馈控制变化导致的时间尺度特性的改变, 并能够得到满意的控制效果.     

激光制导武器半实物仿真系统的设计与实现

首先,以某激光制导弹药为背景,提出了室内半实物仿真系统的总体设计方案,介绍了一种激光半主动导引头的工作原理。其次,在室内局限环境下,建立了弹目几何关系的数学模型,研究了导引头入瞳光学特性,并根据制导与控制系统的工作原理,设计了末制导段弹道的半实物仿真模型。最后,设置两种末端制导的初始条件,引入导引头和角速率陀螺等弹上部件进行多次弹道仿真试验。试验结果表明,基于该导引头和角速率陀螺的制导与控制系统设计合理,可以实现精确打击。     

激光制导武器半实物仿真的误差分析与校正

根据激光半主动制导武器的特点建立了该类武器制导与控制系统半实物仿真模型。通过分析误差对半实物仿真的影响,指出几何误差的影响较大,并建立了误差数学模型。通过数学仿真,在脱靶量的允许范围内给出了最大允许角误差。为消除误差,设计了导引头闭环跟踪半实物仿真实验。利用仿真结果建立了误差参数超定非线性方程组,并使用牛顿迭代法和加权最小二乘法的组合算法来解算。此项研究工作有效地提高了仿真精度,同时也提高了基于该类平台半实物仿真实验的置信度。     

基于最优二次型理论的滚转导弹三回路驾驶仪设计与研究

建立了存在交叉耦合的滚转导弹动力学模型,并将通道耦合效应视为外界干扰,利用最优二次型(LQR)控制理论,提出了一种三回路驾驶仪的单输入多输出(SIMO)设计方法。分析了三回 路驾驶仪的基本特点,并研究了权系数矩阵与驾驶仪性能指标之间的关系,可辅助设计者更合理地选择权系数矩阵。将考虑耦合的动力学模型视为多输入多输出(MIMO)系统,对滚转导弹控制系统进行了设计。设计结果表明：对于存在状态耦合的滚转导弹而言,以SIMO设计的三回路驾驶仪可以很好地抑制耦合的影响,与MIMO设计得到的控制律差异很小。通过对滚转导弹耦合系统的非线性数学仿真,验证了以上结论的正确性。     

激光导引头跟踪回路的设计与半实物仿真

首先,为实现激光半主动导引头光轴的快速跟踪目标,根据光轴与弹目视线的误差角大小,将光轴进动速率分为线性区、过渡区和非线性区.为解决角速率的不连续性问题,采用Hermite方法设计了有约束条件下的导引头跟踪回路的进动方案.其次,介绍了激光制导武器的半实物仿真平台,建立了室内环境下的几何数学模型.最后,将未解锁的导引头搭载于五轴转台,以五轴转台的两自由度模拟导引头光轴的进动,其余三自由度模拟弹体姿态运动,通过在远、近边界初始条件下,通过弹道的半实物仿真试验,可以验证,导引头跟踪回路的设计方案在末制导段飞行过程中安全可靠,可以实现精确命中目标.     

天线罩寄生回路影响与自校正控制在线补偿

以雷达寻的导弹的制导系统设计为应用背景,建立了天线罩寄生回路模型,采用无量纲方法分析了寄生回路对制导系统稳定性及制导性能参数的影响。基于极点配置自校正控制理论提出了一种天线罩寄生回路的在线补偿方法,并进行了仿真验证。研究结果表明,天线罩误差斜率的存在导致寄生回路的生成,从而削弱整个制导系统的稳定性,且随着剩余飞行时间的减小,制导系统稳定性恶化加剧,寄生回路会改变制导系统的有效制导时间常数和有效导航比,从而影响制导精度。所提补偿方法能够有效地完成对寄生回路的在线补偿,且具有良好的适应性和鲁棒性,从而达到了增强制导系统稳定性,改善制导系统性能的目的。     

采用脉宽调制式舵机的滚转导弹自动驾驶仪设计与研究

滚转导弹广泛采用脉宽调制(PWM)模式控制继电式操纵机构,因此研究PWM模式在滚转导弹控制中的应用。给出了两回路驾驶仪设计增益与弹体振荡频率、阻尼之间的关系;重点分析低频PWM所带来的控制耦合效应特性,讨论了耦合大小与弹体时间常数、自旋频率之间的等量关系。通过频谱分析,得到通道耦合干扰的频谱特性。制导与控制指令经PWM后频谱保持不变,但引入了与自旋频率、调制频率和弹体振荡频率相关的高频干扰。为消除控制耦合的影响,根据以上结论,提出这类导弹自动驾驶仪频带设计的一般准则,对这类导弹控制系统的总体设计有参考意义。数学仿真和半实物仿真结果表明,合理设计自旋频率、调制频率和驾驶仪频率,可以有效抑制控制耦合,提高制导精度。     

非线性制导系统稳定性分析

在末制导武器备受青睐的背景下,首先,给出了制导系统的基本结构,简单介绍了比例导引律下的制导回路及其特点。其次,在平台式导引头机械结构假设下,为使导引头快速追踪目标,将进动角速率分为线性区、过渡区和非线性区,使用Hermite方法设计了导引头跟踪方案,使导引头角速率平滑过渡。再次,针对这类导引头普遍存在死区-饱和非线性环节的问题,运动描述函数方法,重点分析了引入自动驾驶仪的制导系统稳定性问题。研究表明,该非线性环节对系统相位裕度没有影响,而对幅值裕度略有提高。最后,给出了随剩余末制导时间的减少,制导系统特征根的分布情况以及末制导段最小稳定裕度。     

捷联制导弹药制导与控制系统设计与仿真

根据单兵武器捷联导引头的特点,提出一种弹体追踪和比例导引相结合的制导律。利用导引头的误差角信号和姿态陀螺的姿态信号,通过微分网络提取弹目视线角速率,实现比例导引部分,误差角信号作为姿态驾驶仪的输入完成弹体追踪部分。其次,利用根轨迹方法给出一种姿态驾驶仪设计方法。通过数学仿真可以证明,该制导律和姿态驾驶仪相结合,可实现精确命中目标,并具有良好的动态特性。最后,为论证MEMS陀螺和惯性陀螺等实现姿态驾驶仪的可行性,提出半实物仿真试验方案,作为理论设计进一步的验证手段。