基于变结构控制理论的BTT导弹自动驾驶仪的三通道独立设计

对于倾斜转变导弹而言，现有的自动驾驶仪三通道独立设计方法都是在忽略通道间耦合关系前提下根据经曲控制理论的单变量频域方法设计的。本文基于变结构自适应控制理论。提出一种新的ＢＴＴ导弹自动驾驶仪三通道独立设计方法，该方法不仅在其设计过程中保留了通道间的全部耦合因素，而且控制律完全基于被控对象参数变化的上下界，无需对系统进行在线参数辨识，从而提高了设计的准确性，增强了系统的适应性和鲁棒性。运用所提出的方法     

BTT导弹的三通道驾驶仪频带匹配关系研究

针对BTT导弹滚转角速度较大,俯仰和偏航通道具有强耦合、非线性的飞行控制特点,基于合理假设,通过线性化策略解耦得到相互独立的三通道弹体动力学模型,采用三通道独立设计的思想完成导弹三通道驾驶仪的设计。在此基础上,得到了三通道驾驶仪的闭环阶跃响应、开环系统幅相裕度以及导弹飞行参量的变化曲线,讨论了三通道控制系统响应快速性及频带匹配关系。根据仿真结果,得到了BTT导弹在满足滚转通道稳定性的前提下,尽量提高其频带,保持俯仰和偏航通道响应速度的一致性有利于消除通道间的耦合,增强BTT导弹的协调转弯能力。     

倾斜转弯导弹耦合通道控制研究

倾斜转弯（BTT）导弹的俯仰与偏航通道之间存在着强烈耦合，使得根据经典控制理论的自动驾驶仪三通道独立设计方法遇到一定困难。基于局部模型跟踪理论，研究了倾斜转弯导弹的耦合控制问题，提出了一种新的自动驾驶仪设计方法，该方法能有效地提高导弹控制精度和快速响应能力。     

基于补偿方法的高超声速滑翔飞行器多变量输出解耦控制

针对高超声速滑翔飞行器特殊的气动外形,采用BTT(倾斜转弯)控制进行横向机动。首先进行三通道独立设计,然后加入协调控制支路进行补偿解耦,其中三通道独立设计采用自适应PID方法,控制器参数随飞行高度和速度的变化而变化。在分析系统交连耦合程度的基础上提出了按交连耦合项系数大小进行补偿的方法,并以此方法设计了变增益的协调控制支路来补偿系统的交连耦合。最后通过三自由度非线性仿真对控制方案和控制参数进行检验,仿真结果表明,该方案是正确的,控制参数的选择是合理的,达到了严格控制侧滑角的目的。     

含扩张状态观测器的高超声速飞行器动态面姿态控制

针对高超声速飞行器复杂非线性、高不确定性和强通道耦合等特点,提出了一种飞行器姿态控制的非线性设计方法。根据高超声速飞行器无动力飞行的姿态运动方程组,给出一个可面向姿态控制的非线性设计模型。针对一类非线性系统,提出了一种基于扩张状态观测器（ESO）的动态逆设计方法,并通过动态面控制理论,将其应用于高超声速飞行器的三通道姿态控制中。仿真结果表明,相比基于传统动态逆的动态面控制方案,本文所提出的控制方案可以保证飞行器快速、精确地跟踪角位置指令,并且具备针对系统不确定性的强鲁棒性能。     

BTT导弹时变滑态变结构自适应自动驾驶仪设计

针对倾斜转弯导弹的具体特点, 提出了一种基于模型参考时变全程滑态变结构控制理论的协调式耦合自动驾驶仪的设计方法, 并分别针对滚转通道、俯仰/偏航耦合通道进行了设计分析; 最后进行了三通道联合仿真, 得到了满意的结果     

偏转头导弹建模及控制方案设计

针对采用侧滑转弯方式的偏转头导弹,设计了三通道独立控制方案,给出了俯仰和偏航通道的稳定回路和过载控制原理图,设计了控制器。将弹头驱动系统的输出与导弹数学模型输入转换关系作为一个模块加入稳定控制回路,可简化控制设计,提高控制精度。偏转头导弹运动模型的俯仰和偏航通道相互独立,而滚动通道与其余两个通道间存在耦合。将滚动通道运动模型中的耦合项视作扰动,采用变结构控制理论设计自动驾驶仪,控制律的设计基于被控对象参数摄动的上下界,增强了控制系统的鲁棒性,仿真分析表明采用该方法设计的控制器能够抑制外界干扰和参数摄动,可以为偏转头导弹控制系统工程设计提供参考。
     

基于反馈线性化的高速无人机自适应控制系统设计

高速无人机是典型的复杂非线性、参数不确定性系统,且各控制通道之间存在强耦合作用,这对飞行控制系统设计提出了严峻挑战。针对其非线性特性和耦合特性,采用精确反馈线性化理论将无人机动力学模型解耦为3个独立的子系统,即滚转、俯仰和偏航通道;应用模型参考自适应控制方法分别设计每个通道的姿态控制器。研究表明,上述线性化方法能够实现三通道解耦,所设计控制系统满足飞行控制性能要求,且对气动参数摄动和外部干扰具有较强的鲁棒性。     

防空导弹通道耦合抑制方法研究

针对防空导弹在高速、大攻角时通道存在严重耦合,研究了用反馈线性化方法对通道耦合进行抑制的方法。基于弹体动力学和弹体系过载模型,设计了两通道、三通道两种不同结构反馈线性化控制器并对控制结构进行了分析,确定俯仰和偏航两通道结构反馈线性化控制器能有效实现线性化解耦,三通道结构反馈线性化控制器会出现错误控制响应。加入滚动角加速度补偿量可使两通道控制器进一步削弱耦合量。仿真结果表明:方法可有效提高反馈线性化控制器的抑制耦合能力。     

弹道导弹的自适应模糊滑模控制研究

对弹道导弹的三通道非线性模型进行了分析,为了实现三通道的解耦设计,简化控制系统结构,将通道间的耦合项和干扰项看作是单个通道的不确定项,从而将非线性模型转化为一种解耦形式.在此基础上,采用自适应模糊滑模控制方法设计了弹道导弹的推力矢量控制系统.自适应模糊滑模控制方法利用自适应模糊控制器来调节滑模控制参数,对不确定项的边界进行估计和补偿,保证了系统的跟踪误差指数地收敛到零.仿真结果表明了该控制方法的有效性.     

考虑通道耦合因素的制导控制一体化设计方法

针对倾斜转弯（Bank-to-turn, BTT）飞行器俯冲段制导与控制系统设计中存在的强耦合、强非线性问题,研究考虑通道耦合因素的制导与控制一体化设计方法。首先建立了考虑控制通道间耦合因素的三维制导与控制一体化设计模型,在模型中引入不确定性因素,采用连续非光滑控制理论对三维块系统设计非光滑扩张状态观测器（Non-smooth extended state observer, NESO）进行观测补偿,然后结合反步法与块动态逆方法设计可以保证有限时间收敛的制导与控制一体化算法,并严格证明了带有扩张状态观测器的级联系统是全局有限时间稳定的。提出的方法适应强耦合BTT飞行器存在扰动情况下的快时变控制需求,通过仿真校验该方法可行、有效。     

加速度场离心试验用一体化大量程六维力传感器的研制

鉴于离心式加速度场模拟试验系统的需要,研制了一种大量程六维力传感器。在力传感器传统设计方法基础上,重点分析了传感器结构优化、材料选型、加工工艺、惯性耦合补偿等控制环节的影响。利用有限元方法对所设计的六维力传感器维间耦合、加速度场惯性效应耦合及输入输出关系进行仿真分析;借助相应的标定系统,实现六维力耦合效应的标定测试和耦合矩阵的获取,基于标定误差矩阵建立六维力传感器惯性效应补偿;静/动态实验结果表明所设计的大量程六维力传感器完全满足大加速场下力测试精度和稳定性要求。     

防空导弹大攻角飞行姿态控制系统设计

针对防空导弹大攻角飞行这样一个非线形、时变、耦合系统,提出了一种基于模型参考时变全程滑态变结构控制方法,分别针对滚动通道、俯仰/偏航耦合通道进行了设计分析,最后进行了六自由度仿真,得到了满意的结果。     

防空导弹侧向姿态变结构控制器研究

为处理垂直发射防空导弹快速转弯时侧向姿态控制系统产生大攻角导致的弹体气动参数非线性变化和三通道交叉耦合，将非线性作为被控对象线性模型参数的小范围随机摄变，并采用抑耦法对交叉耦合作等效处理，应用部分状态反馈和变结构控制方法设计了一种变结构控制系统。仿真结果表明，该变结构控制器的快速性和鲁棒性均优于传统PI控制器。     

全向发射状态下运载火箭变结构自适应滑模控制

针对运载火箭全向发射后,系统通道间存在交连耦合问题,提出了基于解耦的变结构自适应滑模控制方法。首先建立了运载火箭全向发射姿态动力学模型;其次推导了一种工程上实用的姿态角预补偿解耦控制方法,并重点分析了残余耦合对姿控系统的影响;最后针对解耦后系统的残余耦合和火箭结构干扰,提出了变结构自适应滑模控制方法。利用Lyapunov稳定性理论,证明了控制系统的全局渐近稳定性。仿真校验了本文提出的控制方法能够实现火箭在全向发射情况下的姿态稳定。