超声速拦射导弹的一种预测变结构中制导律

针对攻击超声速大机动目标的超声速拦射导弹的中制导律设计问题,基于变结构控制理论并结合预测导引的思想提出一种预测变结构中制导律。该制导律能够零化导弹速度前置角,交班时过载较小,从而很好地满足中末交班要求。通过调节预测步长,在目标作大机动的情况下,既能保证中末交班时几乎为零的导弹速度前置角,又能有效地减小交班时导弹法向过载。最后在Matlab/Simulink环境下对攻击超声速蛇形机动目标进行了仿真,仿真结果表明了所设计的制导律的正确性和攻击超声速大机动目标的有效性。     

制导炸弹发射区研究

基于小型制导炸弹(炸弹+制导)气动特性、动力学方程、制导律、目标运动模型及发射区计算等飞行数值仿真模型与算法,在炸弹发射状态一定的情况下,通过不同的炸弹轨迹倾角、偏航角和目标运动的组合,仿真计算了大量的发射区.利用仿真软件C++与Matlab,能够较为直观地比较目标在运动状态不同情况下制导炸弹的发射区和6-DOF飞行轨迹.所得结论可为制导炸弹精确打击目标提供依据,提高了制导炸弹的作战性能.     

考虑落角约束的制导炸弹有限时间控制制导律

为了提高制导炸弹对目标的毁伤能力,更加有效地约束终端落角,利用终端滑模变结构控制理论和有限时间收敛性理论,在选取自适应趋近律和建立弹目相对运动模型的基础上,提出了一种考虑落角约束的制导炸弹有限时间控制制导律。然后,利用Lyapunov理论证明了所选取的滑模面和趋近律是有限时间收敛的。通过仿真实验验证了所提算法的有效性。仿真结果表明:与比例制导律相比,所提制导律既能使制导炸弹在有限时间内收敛到所期望的入射约束角附近,又能使炸弹的视线角及其角速度收敛的更快,具有一定的工程应用价值。     

基于多要素改进NSGA-Ⅱ的小直径制导炸弹空面打击最优火力分配方法

为了最大化提升小直径制导炸弹对面积目标的打击效率，提出基于多要素改进的非支配排序遗传算法的小直径制导炸弹空面打击最优火力分配方法。考虑制导炸弹的误差散布，运用网格法建立了单枚制导炸弹的打击效率评定模型，从而在此基础上建立了多枚制导炸弹的最优火力分配模型；构建了打击效率最大和用弹量最小的优化目标函数，建立了制导炸弹的最优火力分配模型。通过引入概率选择算子、混合交叉算子、改进精英保留策略对NSGA-Ⅱ算法中的多要素进行改进，增强算法的全局搜索能力，提升算法性能。仿真结果表明，MFM-NSGA-Ⅱ算法能够获得有效的小直径制导炸弹最优火力分配方案，最优火力分配结果对应的用弹量随场景参数的变化而改变，并且本文方法求解质量优于原NSGA-II算法和多目标粒子群算法。     

F-22A战机开始精确攻击炸弹综合试验

美国空军411飞行试验中队已在加州爱德华兹空军基地开始了F-22A“猛禽”战斗机同GBU-39／B小直径炸弹的综合试验。该武器是一种低成本、防区外的下一代精确攻击武器，能自主飞行。F-22战机的隐身和高速性能同小直径炸弹的自主、防区外能力相结合，能使飞行员距离目标60nmile以外投放小直径炸弹。该小直径炸弹约110kg重，通过惯性导航系统／全球定位系统制导。它被发射后，可从飞机获得目标信息并采用弹载计算机飞行。这种小直径炸弹和它的4弹挂架能使F-22在一次出击中摧毁4倍的目标，而且可减少目标周围的附带损失，并能用于其他武器不能使用的地方。[第一段]     

机动发射导弹助推段弹道快速规划方法

针对机动发射条件下的弹道快速规划问题,提出了基于神经网络状态预报模型的典型助推-滑翔导弹助推段弹道在线规划方法。导弹发射后,运用事先训练的神经网络拟合弹道计算过程,预报关机点状态,结合优化算法快速生成满足终端再入约束的飞行程序。仿真结果表明,所提神经网络预报及飞行程序解算模型能够适应给定的机动发射条件,在2 s内输出全程飞行程序,且实际终端状态量满足关机制导要求。     

高超声速滑翔飞行器约束预测校正再入制导

针对大升阻比高超声速滑翔飞行器的再入制导问题,将再入轨迹划分为初始下降段、过渡段和准平衡滑翔段。初始下降段采用定倾侧角飞行,过渡段在最大倾侧角附近飞行,准平衡滑翔段利用数值预测校正方法和准平衡滑翔条件在线设计同时满足过程约束和终端约束的倾侧角制导律。通过标准条件和扰动条件下的仿真结果表明,这种制导律在满足各种约束的条件下,不仅能够达到较高的精度,而且对初始误差具有良好的鲁棒性,能够应付再入时各种不确定性因素的影响。     

反吸气式临近空间飞行器空基拦截弹制导律设计

临近空间高超声速飞行器的出现和应用,为传统防空系统提出了新的挑战。提出了一种反临近空间高超声速吸气式飞行器巡航段空基拦截方案,并设计了基于末角约束比例导引法的中制导律和空基拦截弹复合制导律。仿真结果表明,改进末角约束比例导引法能充分利用拦截弹中制导段过载承受能力,有效地加快了拦截弹达到期望末视线角的速度,改善了中末交班性能;所设计的拦截方案能够对典型机动目标实施有效拦截。     

高超声速滑翔飞行器摆动式机动突防弹道设计

 为提高大升阻比高超声速滑翔飞行器机动突防能力,提出了一种侧向摆动式机动弹道的设计方法。基于动态逆的思想,建立了侧向摆动式机动弹道的弹道形式和所需倾侧角间的关系模型;在平衡滑翔假设下,将包括动压、过载和热流在内的飞行约束转化为迎角约束,从而确定了迎角-速度飞行走廊;在此基础上,设计了平衡滑翔情况下满足侧向摆动式机动及飞行约束所需的迎角变化规律。根据所设计的迎角和倾侧角,即可实现平衡滑翔情况下预定机动模式的侧向机动。以HTV(Hypersonic Technology Vehicle)为例进行仿真分析,结果表明该方法能够快速设计出预定机动幅度和机动频率的侧向摆动式机动突防弹道。     

SINS/GPS制导炸弹俯仰平面制导控制一体化设计

根据SINS/GPS制导炸弹动力学特性,首先推导了俯仰通道的制导控制一体化状态模型.然后在充分考虑制导和控制回路的不确定性基础上,利用terminal滑模控制方法,设计了制导控制一体化状态反馈控制律,所设计的控制器一方面保证制导炸弹满足打击精度和末端落角约束要求,另一方面保证控制回路的稳定性与鲁棒自适应性.采用模糊控制克服了变结构控制项引起的系统抖振.最后,分别进行了极端气动条件与取投放域边界值情况下的某型SINS/GPS制导炸弹六自由度飞行控制弹道仿真,仿真结果验证了此方法的有效性.     

RCS对舵面控制特性影响的数值模拟

可重复使用运载器等采用反作用控制系统（RCS）/舵面复合控制技术进行配平和控制,由于舵面和喷口的位置相距很近,同时工作时将产生相互干扰效应。采用非定常数值模拟方法,结合动网格技术和喷流模拟技术,针对可重复使用运载器外形开展了侧向喷流开启和关闭对舵面控制特性的影响研究,分析了飞行器俯仰运动对不同舵面操纵方式的动态响应过程。研究发现,在超声速来流条件下,侧向喷口前方的弓形激波会打到方向升降舵的下表面产生一个局部高压区,使得飞行器产生附加的低头力矩,导致喷流开启时的配平攻角相对关闭时要低约1°。同时,侧向喷流与襟副翼之间存在非定常、非线性干扰现象,在RCS/舵面复合控制系统设计时,需要对此进行一定的补偿。     

Roll-pitch-yaw autopilot design for nonlinear time-varying missile using partial state observer based global fast terminal sliding mode control

The acceleration autopilot design for skid-to-turn (STT) missile faces a great challenge owing to coupling effect among planes, variation of missile velocity and its parameters, inexistence of a complete state vector, and nonlinear aerodynamics. Moreover, the autopilot should be designed for the entire flight envelope where fast variations exist. In this paper, a design of inte-grated roll-pitch-yaw autopilot based on global fast terminal sliding mode control (GFTSMC) with a partial state nonlinear observer (PSNLO) for STT nonlinear time-varying missile model, is employed to address these issues. GFTSMC with a novel sliding surface is proposed to nullify the integral error and the singularity problem without application of the sign function. The pro-posed autopilot consisting of two-loop structure, controls STT maneuver and stabilizes the rolling with a PSNLO in order to estimate the immeasurable states as an output while its inputs are missile measurable states and control signals. The missile model considers the velocity variation, gravity effect and parameters’ variation. Furthermore, the environmental conditions’ dynamics are mod-eled. PSNLO stability and the closed loop system stability are studied. Finally, numerical simula-tion is established to evaluate the proposed autopilot performance and to compare it with existing approaches in the literature.     

变质心再入弹头螺旋机动突防弹道设计

为提高高超声速变质心再入弹头的突防能力,设计了一种基于主动螺旋机动的突防弹道。在建立变质心弹头动力学模型和弹目运动学模型的基础上,引入新的控制变量,通过控制质量块的偏移位置,将速度矢量和弹目连线的夹角控制在固定值并且使速度矢量绕弹目连线以一定转速旋转来实现螺旋机动。在实现螺旋机动的基础上,推导了弹体处于螺旋机动状态下的螺旋机动半径和稳态脱靶量均方根的解析解。六自由度弹道仿真表明,所设计的突防方案使再入弹头能够进行有效的螺旋机动,通过合理控制机动幅度大小,可以在实现螺旋机动突防的同时保证较高的命中精度。     

交会对接任务轨道控制规划设计与实施简

针对我国空间交会对接轨道控制规划技术,研究了轨道交会优化、应急轨道控制、安全轨道防护和发射窗口规划等一系列关键问题.设计了全寿命周期交会对接任务轨道控制规划方案,从目标飞行器发射到飞船返回,对轨道控制进行了全程协同、全局优化.设计了相位、高度、圆化度多目标融合控制算法;建立了规划变量对远距离导引终点六自由度的独立控制方程;设计了标称整体规划与动态逐级规划相结合的多模式规划策略;基于导引终点整体调整和局部调整的方式,实现了正常和应急条件下天地导引交接点的动态规划;提出了基于飞行控制过程建模的导引终点精度分析方法,确定了地面导引向自主导引切换的关键判据;建立了多约束交会对接发射窗口模型,构建了多任务多年度发射窗口集合.交会对接轨道控制规划技术成功应用于神舟八号、神舟九号和神舟十号交会对接任务.     

挠性卫星大角度机动的混合控制方法研究

对于具有不确定性的多输人多输出非线性系统,仅用v0线性化设计方法不能获得好的控制结果.为此,设计了自适应模糊控制器,把I/O线性化方法和自适应模糊控制相结合,构成混合控制器.并将此控制器引人到卫星大角度机动控制系统中,以补偿由系统的不确定性所造成的跟踪误差,从而增强I/O线性化控制器的鲁棒性,最终实现零误差跟踪.     

Exponential Time-varying Sliding Mode Control for Large Angle Attitude Eigenaxis Maneuver of Rigid Spacecraft

An eigenaxis maneuver strategy with global robustness is studied for large angle attitude maneuver of rigid spacecraft. A sliding mode attitude control algorithm with an exponential time-varying sliding surface is designed, which guarantees the sliding mode occurrence at the beginning and eliminates the reaching phase of time-invariant sliding mode control. The proposed control law is global robust against matched external disturbances and system uncertainties, and ensures the eigenaxis rotation in the presence of disturbances and parametric uncertainties. The stability of the control law and the existence of global siding mode are proved by Lyapunov method. Furthermore, the system states can be fully predicted by the analytical solution of state equations, which indicates that the attitude error does not exhibit any overshoots and the system has a good dynamic response. A control torque command regulator is introduced to ensure the eigenaxis rotation under the actuator saturation. Finally, a numerical simulation is employed to illustrate the advantages of the proposed control law.     

基于等倾角进动的自旋卫星姿态控制方法

姿态控制是自旋稳定卫星控制的基本任务之一,其控制方法有多种,本文主要针对等倾角法进行研究。首先介绍等倾角法姿态控制的基本原理,然后详细地给出姿态控制前需确定的理论执行角、实际执行次数和时延等控制量的具体计算方法,最后进行了姿态机动仿真控制。仿真结果表明,控制量的计算结果准确,控制过程的预测结果与实际控制过程一致。此方法已在多颗自旋卫星发射中得到应用和验证。     

先进战斗机过失速机动大气数据融合估计方法

可控的过失速机动是先进战斗机超机动性能的重要标志，飞机飞行包线的扩大已超出传统的大气数据系统测量范围，可靠的迎角、侧滑角、总压、静压等飞行大气数据是制约先进战斗机过失速机动中飞行控制的关键因素。以中国推力矢量验证机为对象，基于过失速机动飞行试验的数据，开展大气参数估计与验证研究。结合过失速机动的时间与空间特性，研究了基于风速、地速、空速矢量和惯性姿态、导航参数的大气参数融合计算方法；针对过失速大迎角状态下飞机周围气流非定常、模型非线性导致的融合大气参数误差的复杂特性，进一步构建深度神经网络，对机动状态融合迎角、侧滑角的强非线性误差进行拟合。仿真和飞行试验表明：该方法可在大迎角飞行状态下实现主要大气参数的融合估计，过失速机动过程中融合迎角误差优于2.3°，融合得到的大气参数可为过失速大迎角机动飞行控制提供可靠的大气参数状态反馈。     

舰载机弹射起飞建模与控制

舰载机弹射起飞过程由舰面滑跑和离舰上升两个阶段组成,各阶段舰载机的受力与约束不同。根据两阶段舰载机的气动特性和运动特性,建立了一种通用的舰载机纵向动力学模型确定其离舰速度、离舰迎角和预置舵偏角,从而选择合适的控制策略完成弹射起飞上升阶段的自动控制飞行。以某型机为例,建立了全量非线性模型,并在此基础上设计了离舰上升阶段的控制方案。仿真结果表明,该模型与控制方案具有较好的控制效果。