应用最优经典综合设计法设计三回路BTT自动驾驶仪

应用最优经典综合控制方法设计了BTT导弹的三回路自动驾驶仪,得到的控制器结构简单、性能稳定、鲁棒性好;同时该设计过程也给出了传统三回路自动驾驶仪的结构来源。之后,将设计的自动驾驶仪应用在某BTT导弹的六自由度非线性仿真中,仿真结果表明该方法设计的自动驾驶仪跟踪速度快、稳态误差小并具有一定鲁棒性。     

基于H∞控制的某空空导弹俯偏回路设计

针对某导弹飞行空域广、参数摄动大、鲁棒性强等控制特点,采用H∞控制的混合灵敏度和线性二次调节（LQR）设计了自动驾驶仪俯偏回路。其中,内回路采用LQR限定模型的不确定性界,外回路用H∞控制混合灵敏度设计控制器。仿真结果表明：所设计的自动驾驶仪可较好地抑制参数摄动,鲁棒性较佳。     

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。
     

三回路过载自动驾驶仪鲁棒性分析

建立了过载自动驾驶仪模型,分析了三回路过载自动驾驶仪的结构特点,研究了三回路过载自动驾驶仪的鲁棒性。研究表明:相对于两回路过载自动驾驶仪,三回路过载自动驾驶仪引入攻角反馈构造了新飞行器,使构造飞行器回路处于较高频段,而驾驶仪的主导极点处于与设计参数相关的低频段,这使得过载自动驾驶仪的特性与原飞行器特性的相关度较小,而更多取决于设计参数,从而使三回路过载自动驾驶仪有更高的鲁棒性。     

基于最优控制/自抗扰控制的直/气复合控制系统设计研究

为提升控制系统的性能,对直/气复合控制导弹的控制系统设计进行了研究。以俯仰通道为例,用最优控制理论设计了基于状态反馈的导弹俯仰通道控制回路,用线性二次型调节器(LQR)获得控制律。给出了加权矩阵的选取方法:依次调整表征过载偏差、角加速度和角速度的权重,使求出的反馈增益系数满足要求。针对状态反馈控制律无法快速抑制直接力开启带来的干扰问题,用自抗扰控制(ADRC)理论改进了控制器,通过构建状态观测器在线实时估计外界干扰并予以补偿,快速抑制扰动。仿真结果表明:用最优控制/自抗扰控制设计的控制器跟踪速度快,动态过程平稳并具有较强的干扰抑制能力,提高了系统的鲁棒性。     

升力式再入飞行器非最小相位级联姿态控制

针对具有非最小相位特性的升力式再入飞行器的姿态控制问题,设计了一种基于干扰观测器的动态逆预测级联姿态控制器。提出了"外界输入控制外部状态,外部状态偏差控制内部状态"的级联控制策略。在内部状态回路中,利用模型预测控制器的最优性,以较小的控制量镇定内部状态到有界范围;在外部状态回路中,采用动态逆控制器将输出偏差镇定在内回路所需控制量上,并加入干扰观测器来消除再入过程中的建模不确定性,进而实现飞行器姿态的稳定跟踪输出。数值仿真结果表明,该级联控制策略能够有效地解决具有非最小相位特性的模型指令跟踪问题。Monte Carlo数值仿真结果表明,在建模不确定性存在的情况下,该级联姿态控制器具有良好的鲁棒性。     

BTT导弹动态逆-PID控制律设计

针对动态逆对被控对象模型依赖性较强且鲁棒性较差的缺点,研究了一种非线性动态逆和PID相结合的控制方法,用该方法设计了BTT导弹动态逆-PID控制律。首先,利用奇异摄动理论对导弹飞行状态进行时标分离,把导弹状态划分成快慢2个回路,分别对2个回路设计动态逆控制律;然后,将PID引入到慢回路中,以补偿由于未精确建模引起的系统逆误差;最后,对所设计的控制律进行仿真验证。仿真结果表明,该设计方法是有效的,所设计的控制律具有较好的动态特性和鲁棒性能。     

几种防空导弹自动驾驶仪的研究分析

自动驾驶仪在防空导弹领域具有举足轻重的地位。本文首先介绍了刚性弹体的运动模型,针对5种不同控制结构的自动驾驶仪,理论推导了驾驶仪控制回路的开环传递函数和闭环传递函数,比较了各自的系统性能。基于极点配置方法,对各驾驶仪控制回路的控制性能进行了仿真分析,实验结果表明:5种控制结构的自动驾驶仪各有优缺点,相比于经典三回路结构,改进PI控制结构的性能最差,伪攻角+PD控制结构的综合性能最优。研究结果可为防空导弹自动驾驶仪的选型和设计提供参考。     

基于μ综合的新型空空导弹稳定控制系统控制律设计研究

为避免控制律设计结果出现较大的保守性,考虑新一代大机动空空导弹的非线性、各通道的耦合作用、不确定性和未建模动态特性等问题,研究了基于μ综合方法的导弹稳定控制系统控制律设计。建立了某空空导弹的俯仰通道模型,给出了控制律结构、权函数设置与选取、控制律设计指标,对未建模不确定性、参数不确定性和传感器测量噪声进行了建模,设计了控制结构,用D-K迭代获得了μ综合控制器。数字仿真验证结果表明:设计的俯仰通道鲁棒控制器满足控制性能指标要求,有良好的鲁棒性与稳定性,对大机动空空导弹的非线性、各通道的耦合作用、不确定性和未建模动态特性等具良好的控制效能,实现了一个控制器控制多个工作点,突破了经典控制系统中一个控制器控制少数几个工作点,需在飞行包络内进行复杂动态调参的传统控制模式。     

战术导弹的一种自校正控制

本文探讨自校正控制理论在战术导弹控制中的应用。采用一种渐近的最小方差自校正控制方案设计导弹自动驾驶仪回路。该方案通过设计自校正控制器的极点和可调增益,使控制器稳定,并能兼顾闭环系统的动态特性,也可使输出方差趋于最小。在两种参考输入信号情况下进行仿真,结果表明,与经典控制情况相比,该方案具有较强的抑制干扰能力,能克服参数变化对系统控制性能的影响,提高了系统的跟踪性能。     

基于模糊滑模理论的纵向控制器研究

将模糊滑模控制方法与经典三回路控制结构结合起来,针对超声速导弹设计了纵向控制器.通过定点仿真和空间弹道仿真,检验了所设计控制器的时域响应特性和在有干扰条件下的程序过载稳定跟踪能力,仿真结果说明了该控制器的有效性和鲁棒性.     

滚转导弹解耦过载驾驶仪及其BP自适应调度法

滚转导弹具有气动、惯性及控制耦合特性,三回路过载驾驶仪具有较好的动态响应特性,但俯仰与偏航双通道之间会存在耦合。为了实现了双通道完全独立,采用动态解耦算法设计了一种基于状态反馈与输入变换的解耦过载驾驶仪,弥补了三回路驾驶仪无法消除耦合特性的不足。滚转导弹制导段跨越的空域较大,气动参数非线性特性较强,在特征点数量较少的情况下,传统的基于插值方法的控制器参数增益调度策略的效果并不理想。针对滚转导弹耦合和传统增益调度设计有缺陷的问题,设计了一种基于BP神经网络的自适应调度算法(BPASM)。仿真结果表明,在特征点数量较少时,解耦效果更好,且在线计算量小,设计简便,具有一定的工程指导意义。     

基于逆动态理论的空间飞行器大角度机动控制

提出了一种基于逆动态理论的轮控空间飞行器大角度机动控制方法。用逆动态控制对系统作非线性解耦,基于变结构控制的鲁棒性设计控制器,给出了控制回路方案。仿真结果表明：该控制法在有外界干扰和系统参数不确定条件下有较快的收敛性和一定的鲁棒性。     

基于单神经元的飞航导弹智能PID控制

针对飞航导弹扇面发射和大空域机动飞行引起的非线性时变、建模误差等问题，根据智能控制、神经网络及传统的PID控制理论设计了一种基于单神经元的智能自整定PID控制器。仿真结果表明，该控制器可使飞航导弹的自动驾驶仪具有较好的飞行品质和精度、更强的鲁棒性，同时也能满足实时性要求，且工程实现简单。     

一种鲁棒输出反馈线性化方法在导弹自动驾驶仪设计中的应用研究

针对具有多模型的HAVE DASHⅡ导弹对象，利用一种结构简单的鲁棒输出反馈线性化方法，为其设计了全弹道自动驾驶仪控制系统。设计中仅需要少量的模型集信息，并不依赖于某一具体子系统，对整个模型集具有通用性。由于不再需要设计多个控制器，因此避免了常规多模型切换摔制中抖动的产生。该方法利用模型估计器实时估计系统动态特性，只要参数选得合适，能无偏差地估计出模型集中每个系统动态特性，有很强的鲁棒性。此外。还利用了高增益观测器来获取控制律中所需的导数信息，使得整个闭环系统仪需要输出量反馈，降低该方法的工程实现难度。仿真结果表明，所设计的自动驾驶仪系统能够控制模型集中所有飞行条件下的状态准确快速地到达期望值上。     

考虑自动驾驶仪动态特性的含攻击角约束的反演递推制导律

针对制导武器需要攻击角度控制的要求及自动驾驶仪动态特性对制导效果的不利影响,提出了考虑自动驾驶仪动态特性补偿、具有末端攻击角约束的反演递推制导律。首先结合反馈线性化技术,利用本文推广的积分反演定理设计了二阶子系统的虚拟控制律;然后进一步应用反演递推方法推导了考虑自动驾驶仪动态特性的含攻击角约束的制导律,并通过李雅普诺夫稳定性理论详细地证明了该制导律对于视线角和视线角速率的指数收敛特性。在实例应用仿真中,给出了该制导律的具体实现方法,比较了该制导律与其他制导律的制导性能,检验了该制导律对不同作战任务的制导效果。仿真结果表明,该制导律具有良好的性能和工程应用推广价值。     

自动驾驶仪的一种自适应极点配置设计方法

本文主要讨论了战术导弹自动驾驶仪的自适应控制设计。文中以简化的导弹自动驾驶仪的差分方程为控制对象,采用衰减记忆最小二乘法直接识別弹体的时变参数,再应用极点配置控制方法计算出反馈控制量,实现系统的闭环自适应控制。数字仿真结果表明,在改善象自动驾驶仪这样的随机控制系统的性能方面,极点配置自校正控制是一项行之有效的方法。     

受输入饱和约束的导弹直接侧向力/气动力

针对受输入饱和约束的直接侧向力与气动力复合控制的导弹,研究其自动驾驶仪设计问题。导弹的执行机构分别是舵机和侧向脉冲发动机。舵机提供的是连续的控制量,而侧向脉冲发动机提供的是离散的控制量。首先采用最优控制方法设计连续的舵控制器。再对设计好舵控回路的新受控弹体,基于含有界干扰项离散饱和系统不变集分析方法进行直接侧向力控制器的设计。设计过程中,充分考虑了舵偏角的饱和非线性因素以及侧向脉冲发动机点火数取整产生的量化误差。最后,利用数值仿真验证了所提出控制方法的有效性。     

远程操控飞行器自适应神经网络观测器设计

针对无人飞行器远程操控系统设计时，由于远程操控飞行器动力学的非线性和飞行器控制系统性能的不确定性，无法精确建立远程操控飞行器控制系统模型的问题，提出了一种自适应神经网络状态观测器设计方法实现对远程操控飞行器的控制系统模型的估计。首先将飞行器的动力学环节与自动驾驶仪构成的闭环回路作为一个整体建立了远程操控飞行器控制系统的非线性模型。然后针对模型中存在未建模动态的问题，采用神经网络算法对非线性动力学模型进行在线辨识，并引入鲁棒项对附加扰动进行抑制。最后设计自适应律对神经网络的权值进行实时调整，保证了系统的稳定性，并基于Lyapunov理论证明了观测器的估计误差是最终一致有界的。仿真结果表明，所设计的观测器能够保证远程操控飞行器在存在未建模动态和附加扰动的情况下对飞行状态具有良好的估计性能。     

一种鲁棒自适应自动驾驶仪的研究

自适应自动驾驶仪是近年来国内外重点研究的课题之一，具有很好的工程前景。本文针对某地空导弹型号改进的需要，初步设计了一种对导弹动力学建模误差等多种扰动都具有良好鲁棒性的自适应自动驾驶仪，仿真结果验证了结论。在本文的最后，对自适应自动驾驶仪设计中仍存在的问题作了探讨，为今后研制工作指引方向。