粒子群算法在机动指令跟踪控制器中的应用

基于Backstepping的设计思想设计了机动轨迹跟踪控制律,以实现战机某些预定的战术机动动作。首先,将飞行动力学模型和运动学模型分解为三轴方向的相对简单的子系统,然后采用反步法分别设计控制律,使得整个系统渐近稳定。由于控制器中含有可调参数,每次跟踪不同的参考轨迹都需要重新设定控制器参数值才能达到良好的跟踪效果,因此利用粒子群算法对控制器参数进行了优化整定,从而保证控制器的自适应性。最后,以机动动作库中战机的某些机动动作为参考轨迹实现全局渐进跟踪,取得了良好的跟踪效果,验证了粒子群算法在控制器参数寻优中的有效性和可行性。     

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.     

舰载机横侧向着舰控制律研究

研究了舰载机横侧向着舰控制律。建立了舰尾气流扰动下的舰载机横侧向数学模型;提出了基于滚转角指令控制方式的舰载机横侧向着舰控制律设计思想,并分析了滚转角指令控制方式的优点;采用SHL神经网络动态逆控制方法设计了横侧向着舰控制律;对舰载机滚转角、航迹侧滑角和偏航角进行了数值仿真。结果表明,横侧向滚转角指令控制系统对飞行状态变化具有良好的鲁棒性和解耦能力,对舰尾气流扰动的敏感性远低于滚转角速率指令控制系统,能较好地满足着舰控制要求。     

超机动飞行的非线性反推自适应控制

为解决对象参数未知时的超机动飞行控制问题,设计了一种非线性反推自适应控制器。针对超机动飞行的非线性模型,适当选取Lyapunov函数和中间虚拟控制信号,同时通过自适应控制律的设计来调节未知参数并得到了最终的控制信号。仿真结果表明,即使模型参数未知,所设计的控制律也能在过失速机动条件下控制飞机跟踪指令飞行,同时保证了闭环系统的稳定性。     

基于控制力矩陀螺的BTT飞行器协调转弯控制

针对倾斜转弯(BTT)飞行器进行横向机动时会产生侧滑角的问题,提出一种考虑通道耦合因素的协调转弯控制方法。采用了一种基于单框控制力矩陀螺(SGCMG)的侧滑角抑制执行机构来替代方向舵、矢量推力发动机等传统执行机构。建立了加装控制力矩陀螺的BTT飞行器横向机动时的多变量强耦合非线性倾斜转弯动力学模型。根据BTT飞行器横向机动时的协调转弯要求,设计了一种基于非线性反馈和线性二次型最优算法的解耦综合控制器。计算结果表明:协调转弯控制系统可实现滚转角指令的良好跟踪和侧滑角的有效抑制。     

推力矢量飞机控制系统设计与仿真研究

针对某型推力矢量飞机提出了一套控制方案,较好地将理论与工程实践结合起来,解决了飞机在全包线范围内的飞行控制问题。该控制方案包括常规机动控制器、大迎角超机动控制器、控制分配器及轨迹跟踪控制器等几个主要环节的设计,完成的控制系统满足全包线飞行品质的要求,可实现对大机动轨迹的精确跟踪。最后,对此综合控制系统进行数字仿真并给出部分仿真结果,结果表明所提出的飞行控制系统设计方案是成功的。     

飞机常规机动仿真的过载控制模型设计研究

在空战战术和战法研究中,通常以飞机机动过载大小和方向(法向过载、航迹滚转角和速度/发动机状态)为输入控制量,继而解算预期动作的飞机动力学参数.根据飞机的航迹特征和飞行员操纵习惯,考虑飞机性能的限制,对飞机实现盘旋、跃升、俯冲、加减速、筋斗、按航路点飞行等常规机动的控制律进行了设计.仿真结果表明,所设计的控制律可以满足常规机动的仿真要求,具有一定的实用价值.     

一种非线性末制导系统模型的精确线性化

针对未来高机动目标的拦截 ,运用非线性系统几何理论中的精确线性化方法 ,设计了一种空空导弹非线性末制导系统加速度指令。假设目标做逃逸机动 ,弹体 -自动驾驶仪响应用一个二阶环节描述 ,建立了导弹目标三维相对运动方程。根据终端约束直接选取系统输出阵 ,经动态反馈线性化 ,将非线性系统模型转化为线性方程 ,求得了目标任意机动时的非线性末制导系统的加速度指令。以纵向平面为例进行了仿真计算 ,结果表明该方法是行之有效的 ,得到的解可以用来改进导弹大离轴发射角时的进攻能力。     

F/A-18E/F全自动着舰飞行特性分析

以F/A-18E/F舰载机为对象,针对航迹精确控制和安全性要求,分析了舰载机全自动着舰飞行特性。首先,基于自动着舰控制系统,建立了全自动着舰飞行控制系统的动力学模型;然后,对下滑轨迹纠偏与控制能力、控制器指令响应特性、变换下滑道机动特性进行了仿真分析。仿真结果表明,在全自动着舰安全边界范围内,舰载机能在较短时间内将航迹控制在理想下滑线附近;控制器具有良好的高度变化率、俯仰角、俯仰角速度等状态指令响应特性及控制面指令响应特性;F/A-18E/F变换下滑道机动则需要配合油门完成,说明仅通过平尾控制实现该机动并非安全着舰的必要条件。     

过失速大机动飞机的飞行控制律设计

对新一代带推力矢量的战斗机在大迎角过失速机动下的飞行控制律进行设计,并进行了机动指令飞行仿真。引进推力矢量技术,建立带推力矢量的飞机模型方程;采用奇异摄动理论,将控制回路分为两个快慢(内外)回路,对每个回路分别用动态逆方法进行飞行控制律设计;并采用结构奇异值μ综合和分析的方法对快(内)回路设计了鲁棒控制器;最后所设计的控制律进行了机动指令飞行仿真,仿真结果表明设计的过失速机动控制律良好。     

基于灰色补偿反步法的机动指令跟踪控制

基于三自由度飞行动力学模型和运动学模型,提出了一种带有灰色补偿的反步(Back-stepping)控制方法,以实现某些预定的战术机动动作。首先,将飞行动力学模型和运动学模型分解成3个轴方向的相对简单的子系统;然后,针对3个子系统采用反步法分别设计出模型中没有干扰时的控制律,并采用GM(0,N)预测模型对不确定部分的模型参数进行辨识,进一步根据估计出的参数设计灰色补偿控制律;最后,根据3个子系统设计出的控制律解算出同时满足3个子系统渐进稳定的控制输入,这样使得整个系统渐进稳定。仿真结果表明,GM(0,N)预测模型能精确预测不确定模型参数,该算法能够高效实现预定的战术机动动作。     

飞行轨迹指令综合跟踪控制器设计

运用多重尺度奇异摄动理论,结合动态逆解耦理论和动态平衡点邻区域优化线性化系统的优化解耦控制律理论,研究了战术任务综合飞行管理系统的综合飞行轨迹指令跟踪控制器系统化设计方法。对F-15飞机,设计了综合飞行轨迹跟踪控制器。数字仿真结果表明,设计的跟踪控制器能够控制飞机精确跟踪不同时标集的飞行指令。     

Implementation of tactical maneuvers with maneuver libraries

This study creates and combines the general maneuver libraries for fixed-wing aircraft to implement tactical maneuvers. First, the generalized maneuver libraries are established by analyzing the characteristics of tactical maneuvers required in battlefields. The 7th order polynomial is applied to both the creation of the maneuver libraries and the generation of the trajectories or flight paths for modal inputs. To track the desired trajectory, we design the Attitude Command Attitude Hold (ACAH) system and the Rate Command Rate Hold (RCRH) system using Model Following Controller (MFC). Moreover, the Line-of-Sight (LOS) guidance law is designed. In particular, the CONDUIT® is employed to optimize the gains so that the control systems meet the aircraft Handling Qualities (HQ) criteria. Finally, flight simulations are performed for the longitudinal loop, immelmann-turn, and climb-slalom-descent maneuvers to verify that tactical aggressive maneuvers are realizable via the combination of maneuver libraries. This study can contribute to the development of flight techniques for aircraft tactical maneuvers and to the revision of air force operational manuals.     

Standardisation of the graphical and operator input device modulesfor tactical command and control man-machine interfaces

Since many of the MMI systems designed for tactical command and control operating environments are similar in nature, there is a need to standardise certain elements of the systems. This paper gives a summary of the investigation into standardising certain graphical MMI elements, and operator input device elements for tactical command and control systems. This standardisation allows for rapid prototyping on low-cost platforms, as well as enabling the code to be transferred easily between different operating platforms     

基于自编码网络的导弹攻击区实时计算方法

针对传统中远距空空导弹三线攻击区无法为飞行员提供丰富的战术决策信息，火控系统计算攻击区实时性差、精度低的问题，提出以攻击机为中心，考虑目标逃逸机动的新型导弹杀伤包线概念。分析经典战例中目标机规避导弹的常见机动方式，将攻击区抽象为导弹的七种杀伤包线，给出准确的计算方法并进行离线仿真。确定8种影响杀伤包线的运动参数，构建样本库。引入深度学习方法，建立降噪自编码网络（AE）模型，采用无监督学习提取样本初级特征，获取表征样本库非线性规律的高维特征量；建立深度网络模型，采用监督学习提取高维特征量中的高级特征并进行拟合。实验表明深度网络的拟合值与六自由度仿真结果以及导弹真实数据相比，误差可控制在15 m之内；网络在线解算只需0.04 s，能够满足实时性需求；新型杀伤包线为飞行员及时掌握敌我态势提供了有效的辅助信息，为机动决策提供理论依据。     

Backstepping design of missile guidance and control based on adaptive fuzzy sliding mode control

This paper presents an integrated missile guidance and control law based on adaptive fuzzy sliding mode control. The integrated model is formulated as a block-strict-feedback nonlinear system, in which modeling errors, unmodeled nonlinearities, target maneuvers, etc. are viewed as unknown uncertainties. The adaptive nonlinear control law is designed based on backstepping and sliding mode control techniques. An adaptive fuzzy system is adopted to approximate the coupling nonlinear functions of the system, and for the uncertainties, we utilize an online-adaptive control law to estimate the unknown parameters. The stability analysis of the closed-loop system is also conducted. Simulation results show that, with the application of the adaptive fuzzy sliding mode control, small miss distances and smooth missile trajectories are achieved, and the system is robust against system uncertainties and external disturbances.     

Confluence of navigation, communication, and control in distributedspacecraft systems

This research details the development of technologies and methodologies that enable distributed spacecraft systems by supporting integrated navigation, communication, and control. Operating at the confluence of these critical functions produces capabilities needed to realize the promise of distributed spacecraft systems, including improved performance and robustness relative to monolithic space systems. Navigation supports science data association and data alignment for distributed aperture sensing, multipoint observation, and co-observation of target regions. Communication enables autonomous distributed science data processing and information exchange among space assets. Both navigation and communication provide essential input to control methods for coordinating distributed autonomous assets at the interspacecraft system level and the intraspacecraft affector subsystem level. A technology solution to implement these capabilities, the Crosslink Transceiver, is also described. The Crosslink Transceiver provides navigation and communication capability that can be integrated into a developing autonomous command and control methodology for distributed spacecraft systems. A small satellite implementation of the Crosslink Transceiver design is detailed and its ability to support broad distributed spacecraft mission classes is described     

基于机动动作链的飞行品质评价方法研究

在分析现有飞行品质规范适用范围和面临的问题的基础上,提出了选用基本战术机动动作和相关连接组成的机动动作链进行飞行品质评价的方法,使用该方法对三个飞行控制系统的控制律设计进行了分析和评价,结果表明,基于机动动作链的飞行品质评价方法是对现有飞行品质规范的有益补充。     

无人机空中加油自主编队控制器设计

针对自主空中加油(AAR)任务中的飞行器编队形成问题,提出了一个完整的自主控制器方案。采用基于视线的编队制导律控制队形,产生制导指令。针对加油编队过程中产生的模型误差和尾涡扰动等不确定性,基于RBF神经网络和自适应Backstepping方法,设计了UAV姿态和速度非线性控制律来在线逼近和补偿不确定性,保证系统的鲁棒性和稳定性。使用协调转弯方式将航迹角指令转换为姿态指令,以实现控制律对航迹角指令的精确跟踪。最后,仿真结果验证了制导律和控制律的有效性。