H∞控制理论在飞航导弹姿态控制中的应用

用H∞／混合灵敏度方法，设计了该型导弹的纵向控制回路，并给出了加权函数的选取方法。最后进行了实验和仿真计算，其仿真结果与经典的PD控制的结果相比，H∞／混合灵敏度方法设计的控制器有更强的鲁棒性，说明了该H∞／混合灵敏度方法能有效地解决导弹控制系统设计中气动参数不确定性问题。     

BTT导弹的协调式分散鲁棒H∞控制器设计

BTT(倾斜转弯)导弹在飞行过程中常处于大迎角和快速滚动状态,这时通道间的运动学耦合为非线性形式且不能忽略.针对这一问题,提出了一种基于分散控制思想的协调式鲁捧H∞控制器设计方法.根据期望动态性能,为每个子系统设计高品质参考模型.引入协调支路有效消除通道间的主要耦合因素,并假设未补偿的耦合满足二次约束.基于鲁棒控制理论,在耦合项满足上述约束的前提下,设计控制器使得系统渐近稳定,同时从参考输入到跟踪误差传递函数的H∞范数最小.推导并得出了鲁棒控制器存在的充分条件,并将其归结为一个有限维线性矩阵不等式的优化问题.对BTT导弹的仿真结果表明了该控制方法的有效性.     

BTT导弹再入段非线性鲁棒控制

针对BTT导弹再入段的非线性模型以及三通道间的较强耦合,研究了模型不确定情况下的解耦和跟踪控制问题。首先分析了BTT导弹在再入段的非线性模型,然后根据微分几何方法检验该模型是否可进行输入输出解耦,并推导出BTT导弹在再入段的非线性解耦控制律,其后分析了在某种匹配不确定情况下导弹动态系统的具体形式,并将李亚普诺夫方法运用到控制器的设计中,得出鲁棒输出控制跟踪控制律。采用该控制方式对某型BTT导弹的六自由度仿真实验结果表明:该鲁棒控制方法在系统存在不确定性的情况下,可保证系统的稳定性,并实现三通道间的近似解耦,使攻角α,侧滑角β和滚动角γ良好地跟踪期望指令。     

BTT导弹的H∞/加权混合灵敏度自动驾驶仪设计方法

本文用Ｈ∞／加权混合灵敏度方法设计某型地对空ＢＴＴ导弹的鲁棒自动驾驶仪。结果表明：基于标准弹道上某特征点的一个确定数学模型设计的Ｈ∞／加权混合灵敏度自动驾驶仪，可控制ＢＴＴ导弹沿标准弹道的全弹道稳定、准确地飞行，且能适应目标在一定飞行空域内的变化。     

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。     

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。     

电动转台鲁棒控制系统设计

H∞控制理论是解决不确定性系统综合问题的有效方法。本文以ET301A型电动转台为背景, 详细讨论了H∞混合灵敏度设计中的加权函数选取问题, 给出了相应的选取原则, 并根据该选取原则进行了电动转台混合灵敏度设计, 得到满足系统鲁棒性能的控制器。系统最终调试结果满足系统的性能要求,验证了设计方法的可行性和有效性     

BTT导弹的变结构解耦控制系统设计

倾斜转弯（Bank-to-Turn，BTT）导弹由于气动外形不对称，以及存在较大的滚动速率，其各个通道之间存在强烈的耦合。本文在变结构控制理论对外界扰动的不变性原理的基础上，采用变结构控制方法设计了BTT导弹的输出解耦控制律。仿真结果验证了本文设计的变结构解耦控制器对于导弹这类参数快速时变，通道间耦合严重，有不确定因素的系统能够实现解耦控制，并具有动态响应快，超调小的特性。     

基于混合灵敏度下H∞控制在三滑块质量矩导弹上的应用

由于质量矩导弹是一个具有非线性和模型不确定性的多变量系统，为了进一步提高控制系统的鲁棒性，对三滑块质量矩导弹进行了鲁棒控制系统的研究。以所建立的质量矩导弹数学模型为基础，通过对模型合理的简化，得到一个耦合的非线性动力学系统，考虑到质量矩导弹的鲁棒性要求和三个滑块的协调控制问题，在混合灵敏度控制的基础上，采用H∞控制理论对导弹进行姿态控制系统的研究，仿真结果验证了这种方法的有效性。     

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。     

多约束下的导弹螺旋机动制导控制一体化设计

针对导弹在俯冲机动突防飞行过程中攻角及落地弹道倾角受到约束的问题,基于自抗扰控制(ADRC)及反步滑模控制(SMC),提出一种多约束条件下的导弹螺旋机动制导控制一体化设计方法。首先,基于典型的螺旋机动突防弹道,同时考虑纵向平面指定落角约束,分通道进行制导控制一体化数学模型推导。然后,使用反步滑模控制进行制导控制一体化算法设计,通过设计补偿器对反步法的中间控制量进行修正实现对攻角的约束,针对系统的有界不确定性以及未知干扰,采用干扰观测器进行估计与补偿,提高系统的鲁棒性。最终使用Lyapunov理论证明了系统稳定。仿真结果表明,本文方法具有较强的鲁棒性,能够保证飞行器在满足攻角约束的条件下,按照典型螺旋机动弹道对目标进行大落角高精度打击。     

弹性高超声速飞行器建模及精细姿态控制

为保证超燃冲压发动机的良好进气,需要对高超声速飞行器进行精细姿态控制,但弹性振动问题极大影响其精细姿态控制精度。以高超声速飞行器的纵向通道为例,分析弹性振动问题对飞行控制系统的影响,建立面向控制的弹性高超声速飞行器数学模型,考虑气动参数和模态参数的大范围摄动,采用主动控制策略,基于鲁棒H∞理论和LQR理论设计精细姿态控制系统。大量仿真表明：在考虑测量噪声、舵机非线性、参数大范围摄动的情况下,控制系统能够很好地跟踪刚体攻角,抑制弹性攻角,并保证进气口当地攻角±0.4度的控制精度,满足高超声速飞行器精细姿态控制的要求。     

变结构近空间飞行器大飞行包络控制特性研究

针对近空间飞行器大包络、多任务模式飞行运动,结合通用高超声速飞行器确立了近空间飞行器不同飞行阶段的机体结构,详细建立了气动参数由攻角、马赫数与控制舵面偏转最表示的12状态动力学方程,绘制了不同飞行阶段气动参数随攻角、马赫数的变化曲线,建立了近空间飞行器的大包络运动控制模型,而后研究了不同机体结构与飞行状态下的控制特性和各通道耦合性质,表明该系统可以有效用于全程强鲁棒稳定飞行控制系统的设计与仿真测试,充分体现了近空间飞行器非线性、时变、耦合等飞行运动特点,仿真验证表明了研究结果符合现有分析结果.     

傅里叶光谱仪光程扫描的鲁棒H_∞控制设计

为满足星载时间调制型傅里叶光谱仪光程扫描速度稳定性要求,针对星载光谱仪精密扫描跟踪系统的特点,提出一种鲁棒H无穷(H∞)控制器设计方案。文章首先分析建立了光程扫描系统的数学模型;在此基础上,为达到控制性能要求和鲁棒性要求,采用H∞混合灵敏度的设计方法,阐述了鲁棒H∞控制器设计中加权函数的选择依据和确定过程,利用Matlab鲁棒控制工具箱得到H∞最优控制器。考虑卫星平台振动的影响,建立干扰源模型,对外界干扰的影响进行了仿真验证。仿真结果表明,所设计的鲁棒H∞最优控制器具有良好的扫描跟踪特性,对外界干扰具有良好的鲁棒性,达到了星载光谱仪对高信噪比、高光谱分辨率的光谱探测性能要求。     

防空导弹自动驾驶仪技术发展动向述评

认为目前防空导弹自动驾驶仪技术发展的动向在:自适应飞行控制技术、大攻角飞行控制技术、倾斜转弯飞行控制技术、垂直发射飞行控制技术和计算机控制技术领域.自动驾驶仪将具有多功能、多模式、高性能和高可靠性.自动驾驶仪的结构形式将不一定是三个彼此分开的控制、稳定通道.微型计算机的采用势在必行.     

旋转导弹动力学耦合分析与解耦控制方法研究

对旋转导弹动力学耦合分析及其解耦控制方法进行了研究。给出了旋转导弹产生的运动耦合、控制耦合,以及加速度计不在质心耦合的机理。讨论了前馈补偿解耦和三回路驾驶仪解耦的方法。介绍了基于变结构控制理论的自动驾驶仪解耦设计:保留动力学方程中的全部耦合项,将耦合视作扰动,用变结构自适应控制方法对导弹俯仰/偏航通道进行独立设计,不要求给出系统参数的在线辨识和典型弹道特征点精确参数,由系统参数上下界可获得时变参数的信息综合控制律。给出了变结构控制律的设计步骤,所得控制系统的鲁棒性强、稳定域大,在包含建模误差、外界扰动等不确定因素的极限边界条件下仍能获得理想的控制效果。研究对强对称耦合和参数快时变系统的控制有一定的参考意义。     

高超声速导弹高空再入减速段弹道优化设计

首先建立了高超声速导弹再入段弹道模型,并将攻角作为控制变量。在满足过载及动压约束条件下,利用惩罚函数将其转化为无约束的弹道优化问题,并采用双切点遗传算法进行优化计算。文中采用两种方法:一种是直接优化攻角,另一种是给定攻角变化规律为二次曲线,优化二次多项式系数。算例表明,两种方法均取得了较好的优化结果,即满足约束条件下得到终端最大速度。但在合理性以及实现性方面,第二种方法优于第一种方法。     

导弹复合控制系统的多目标优化设计

建立了具有气动力/直接侧向力混合控制的导弹动力学模型,采用反馈加前馈控制结构,设计了导弹复合控制系统,实现了气动力/直接侧向力的解耦控制。建立了导弹复合控制系统性能代价函数,并采用进化策略实现了复合控制系统参数的多目标优化。仿真结果表明:进化策略收敛速度快,优化以后的导弹复合控制系统具有很好的快速大机动跟踪能力,且直接力控制有效补偿了气动面控制效益低下和非最小相位系统造成的响应延迟。     

H∞鲁棒控制与PID控制相结合的无人机飞行控制研究

针对无人机飞行过程中出现的参数摄动和外部扰动带来的影响,在经典PID控制的基础上,加入H∞鲁棒控制,形成一种混合控制方式.PID控制器在跟踪给定指令时发挥其优势,H∞控制用于处理数据摄动和外界扰动的鲁棒控制问题.因无人机飞行时部分模型参数发生摄动,所以采用H∞鲁棒控制,并把H∞鲁棒控制转化为标准H∞控制处理.标准H∞控制讨论的是在标称参数状态下,系统的扰动抑制问题.鲁棒H∞控制研究参数摄动情况下的扰动抑制问题.将H∞鲁棒控制与PID控制相结合能保证系统的动、稳态性能     

防空导弹侧向通道过载变结构控制设计及仿真

针对以大攻角飞行防空导弹三通道间严重的交叉耦合和气动参数剧烈的非线性变化,将三通道间的耦合等效为单通道的等效舵偏干扰,气动参数的非线性变化等效为标称参数的摄动,设计了一种变结构控制器,并以最大静不稳定点为弹道特征点进行了仿真.结果表明:该控制器具较高的稳态精度,能抑制一定的干扰和气动参数摄动.