变结构控制在导弹制导中的应用综述

简要介绍了变结构控制理论和导弹制导律，对基于变结构控制的导弹制导律进行了比较详细的研究。重点介绍了各种制导律中滑模面的选择和制导律的设计，并给出了一些仿真结果。研究表明，由于变结构控制的应用．使得制导律具有很强的鲁棒性，比传统的比例导引律有更多的优越性。     

滑模方法在空空导弹制导律中的应用

针对空中机动目标,采用滑模变结构方法设计了一种空空导弹三维制导律.在考虑三维拦截的情况下,建立了导弹与目标之间的空间相对运动方程.基于滑模变结构控制理论,推导得到了俯仰和偏航通道的末制导律.对于滑模制导律固有的抖振问题,用饱和函数sta(s)代替理想滑动模态中的s印(s)函数来实现准滑动模态控制,即在边界层外采用切换控制,在边界层内采用线性化反馈控制,有效地减小了抖振的发生.数值仿真结果表明,所设计的制导律相对于比例制导律,对机动目标有更好的拦截效果.     

复合控制导弹鲁棒末制导律研究

直接侧向力/气动力复合控制导弹的复杂动力特性决定了必须首先考虑系统的鲁棒性问题,结合有限时间区间上的全信息反馈H.控制和变结构控制,提出一种H.鲁棒变结构制导律设计方法,弥补了变结构控制在滑模外趋近运动不具有鲁棒性的不足,保证了导弹制导系统的全程鲁棒性,且算法简单.仿真验证表明,所设计的制导律在不同初始条件、不同目标机动以及侧向力作用下对导弹的影响都具有强鲁棒性,制导精度较高.     

攻击角度约束下打击机动目标的制导律

针对某些导弹要求限制末端攻击角度的作战要求,基于滑模变结构控制理论,面向机动目标,设计了一种同时满足脱靶量和攻击角度约束要求的制导律.采用自适应滑模趋近律,并将目标机动视为干扰,利用线性变结构制导律推导出目标加速度的估计方程,并通过仿真证实了其有效性.所设计的制导律形式简单、实用.仿真结果表明,该制导律能够以期望的攻击角度命中目标,并对所提出制导律的性能进行了分析,具有一定的工程应用价值.     

攻击时间约束下的三维制导律

基于三维空间内导弹-目标的相对运动方程,针对固定目标,提出了一种攻击时间约束下的多导弹协同攻击的三维制导律。俯仰通道设计了滑模变结构制导律,偏航通道基于动态逆控制理论,采用机动控制,调整导弹的攻击时间,使其趋于指定值,并与在俯仰通道采用推导的增广比例制导律作了比较。最后,仿真结果表明,该制导律最终能使攻击的剩余时间误差趋于零,能够满足对制导精度和攻击时间的要求,证明了算法的正确性和优越性。     

一种变结构自适应中制导律设计

应用广义预测拦截点的概念,基于变结构自适应理论,以相对速度偏角为滑模面,设计了一种新颖实用的变结构自适应中制导律并进行了仿真分析,结果显示导弹各项指标均很好地满足要求,验证了该中制导律的可行性与有效性。     

基于零化相对速度偏角的变结构末制导律设计

针对拦截问题,选取导弹和目标的相对速度矢量与导弹—目标视线之间的夹角（即相对速度偏角）作为滑模面,无须对导弹—目标相对运动学方程进行归一化,且不对弹目速度比进行限制,将有关目标运动的加速度和方位信息视为干扰量,应用变结构理论设计了一种变结构末制导律,并应用Lyapunov理论进行了稳定性分析。仿真结果表明,所设计的导引律对目标机动具有很强的鲁棒性。     

基于滑模控制的末端能量管理方法

简要介绍了末端能量管理的研究情况,然后对末端能量管理段进行轨迹规划。在轨迹规划的基础上,设计基于滑模变结构控制的制导律,对轨迹进行跟踪,对能量进行管理。仿真结果表明,滑模变结构控制在末端能量管理制导中合理、有效,具有很强的鲁棒性。     

基于终端角度约束的滑模制导律设计

针对打击地面目标的制导问题,提出了一种新的具有终端角度约束的鲁棒滑模制导律。在建立地面目标和导弹的相对运动学关系的基础上,基于零化弹目视线角速率的思想,采用变结构控制理论的方法,通过选择理想的终端角度确定一个光滑的非线性滑动模态,代替传统末制导律设计的滑动模态,利用Lyapunov稳定理论设计得到了具有鲁棒性的滑模末制导律,实现了在有限时间精确打击目标,满足终端角度的要求。数字仿真表明,这种制导律对目标的运动具有很好的鲁棒性和适应性,并能获得良好的制导精度和指定的终端角度要求。     

导弹鲁棒高阶滑模制导控制一体化研究

针对传统制导与控制系统分开设计在拦截高速机动目标时的缺陷,提出一种高阶滑模制导控制一体化方法.综合考虑弹目拦截几何与导弹动态,根据零化视线(LOS)角速率的准则,将导弹制导控制问题转化为一个三阶积分链系统的镇定问题.基于几何齐次理论设计了标称系统的全局有限时间镇定控制律,同时针对目标机动和导弹气动参数摄动等带来的不确定性,利用超扭曲算法(STA)设计了补偿控制律.仿真结果表明,与传统制导与控制系统分开设计相比,本文所提出的鲁棒高阶滑模制导控制一体化方法具有更小的脱靶量,且导弹姿态和控制舵偏角的变化更加平缓.     

Three-dimensional guidance law based on adaptive integral sliding mode control

For the terminal guidance problem of missiles intercepting maneuvering targets in the three-dimensional space, the design of guidance laws for non-decoupling three-dimensional engage-ment geometry is studied. Firstly, by introducing a finite time integral sliding mode manifold, a novel guidance law based on the integral sliding mode control is presented with the target acceler-ation as a known bounded external disturbance. Then, an improved adaptive guidance law based on the integral sliding mode control without the information of the upper bound on the target accel-eration is developed, where the upper bound of the target acceleration is estimated online by a designed adaptive law. The both presented guidance laws can make sure that the elevation angular rate of the line-of-sight and the azimuth angular rate of the line-of-sight converge to zero in finite time. In the end, the results of the guidance performance for the proposed guidance laws are pre-sented by numerical simulations. Although the designed guidance laws are developed for the con-stant speed missiles, the simulation results for the time-varying speed missiles are also shown to further confirm the designed guidance laws.     

Guidance laws for attacking defended target

In this paper, two new guidance laws based on differential game theory are proposed and investigated for the attacker in an attacker-defender-target scenario.The conditions for the attacker winning the game are analyzed when the target and defender using the differential game guidance law based on the linear model.The core ideas underlying the two guidance laws are the attacker evading to a critical safe boundary from the defender, and then maintaining a critical miss distance.The guidance law more appropriate for the attacker to win the game differs according to the initial parameters.Unlike other guidance laws, when using the derived guidance laws there is no need to know the target and the defender's control efforts.The results of numerical simulations show that the attacker can evade the defender and hit the target successfully by using the proposed derived guidance laws.     

Cost-equivalencing discretization of a class of bang-bang guidance laws

Bang-bang guidance laws are encountered in several situations like in the saddle-point solution of some continuous-time pursuit-evasion games, and in the solution of time-optimal control problems. For the purpose of digital implementation, these continuous-time bang-bang control laws must be converted into digital control laws. The paper presents a novel technique for optimal digital implementation of a class of bang-bang control laws in linear systems. This technique delivers a discretization of the continuous-time laws and is shown: 1) to achieve the same cost as the optimal sample and hold (SH) approximation of the continuous-time laws, and 2) to be implementable (the optimal SH approximation is not). The cost-equivalencing technique is applied to the digital implementation of the continuous-time DGL/0, DGL/1, and DGL/C game theoretic guidance laws.     

带有落角约束的一般加权最优制导律

以期望的落角方向为坐标轴定义了落角坐标系,在落角坐标系中建立了线性化的运动关系方程。应用Schwarz不等式,分别研究了控制系统为一阶惯性环节和无惯性环节情况下带落角约束的任意加权最优制导律,得到了制导律的一般表达式。对于无惯性环节控制系统以及加权函数为一般初等函数类型的一阶惯性环节控制系统,当加权函数的逆的一次到三次积分都能求出解析表达式时,均可以得到解析形式的最优制导律。对于不同的制导目的,应用本文结果可以方便地设计相应的制导律。对于某些特定的加权函数,所得制导律推广了现有文献的结论,并给出了指数权函数下满足落角约束的最优制导律的仿真结果。     

某小型无人机编队控制器设计及试飞验证

以某小型固定翼无人机作为研究平台,按前向、侧向和垂直方向3个通道设计僚机编队控制器.利用自动驾驶仪的航路飞行模态简化侧向通道编队控制器的设计,并采用在长机航向角发生较大变化时加入基于视线方位角的方法,使僚机保持编队精度.试验结果表明,所提出的编队算法是可用的,并能够很好地控制无人机的编队飞行精度.     

战斗机战术引导的广义编队控制研究

提出了用于空战战术引导的广义编队控制的概念和模型。分析了空战战术的特点,设计了战术引导控制系统的结构,该控制系统主要分为战术轨迹优化和广义编队控制。采用非线性规划来构建空战战术轨迹优化的通用算法,将执行同一战术任务的所有战斗机都纳入到一个广义的编队系统中,应用反馈控制设计分布式广义编队控制模型。最后,以双机水平散开战术为例来进行仿真验证,结果表明广义编队控制在使战斗机沿预定轨迹机动的基础上,保证了在战术引导过程中我方具有较大的战术优势。     

Optimal terminal guidance for exoatmospheric interception

In this study, two optimal terminal guidance (OTG) laws, one of which takes into account the final velocity vector constraint, are developed for exoatmospheric interception using optimal control theory. In exoatmospheric interception, because the proposed guidance laws give full consideration to the effect of gravity, they consume much less fuel than the traditional guidance laws while requiring a light computational load. In the development of the guidance laws, a unified optimal guidance problem is put forward, where the final velocity vector constraint can be consid-ered or neglected by properly adjusting a parameter in the cost function. To make this problem ana-lytically solvable, a linear model is used to approximate the gravity difference, the difference of the gravitational accelerations of the target and interceptor. Additionally, an example is provided to show that some achievements of this study can be used to significantly improve the fuel efficiency of the pulsed guidance employed by the interceptor whose divert thrust level is fixed.     

近地小推力转移轨道的加权组合制导策略

 研究了近地小推力转移轨道的制导问题，给出了一种基于局部最优控制律的自主制导算法。推导出了各改进春分点根数对应的局部最优控制律；通过最优推力分配和目标偏差两个策略，对各局部最优控制律进行动态加权组合，从而有效减少了制导律的设计参数。在此基础上，针对燃料最省转移轨道，定义了一种新的发动机开关函数。采用遗传/逐次二次规划混合优化算法计算了最优制导参数。与传统算法相比，该制导算法是一种闭环制导算法，能够实现飞行器的自主制导，并且制导过程中无需对制导参数进行更新。以地球低轨到高轨的小推力转移为例，采用该方法分别求解了时间和燃料最省转移问题，并与传统算法进行了比较分析。数值结果验证了该算法的有效性。