卫星远距离伴飞的变结构控制

主要研究卫星远距离稳态伴飞的控制问题。首先,根据线性相对运动方程(C-W方程)设计了能实现稳态伴飞的变结构控制律,并证明了其在有干扰情况下的有效性。然后,推导了适用于远距离相对运动的非线性方程解析解,并在此基础上对伴飞控制律进行了改进,以实现远距离的稳态伴飞。通过仿真,比较了上述控制律的效果,证明了基于非线性相对运动的变结构控制能有效地实现远距离稳态伴飞。     

非线性H_∞导引律设计与分析

针对导弹拦截目标制导过程中的测量噪声和干扰以及未知目标机动,本文提出了具有严格解析形式的三维非线性H∞导引律的设计方法。通过构建基于改进极坐标系下的三维弹目相对运动方程和存在多种测量噪声和干扰下的弹目相对运动方程,归纳推导出简洁的导弹拦截目标的系统方程;利用非线性H∞控制理论构造相应的HJI偏微分方程不等式,并且提出了HJI偏微分方程不等式的一种解法,得到了一组解析解,同时得到了拦截系统的一个正定储能函数,进而构造了非线性H∞导引律;通过分析非线性H∞导引律的设计方法和几项关键的制导拦截影响因素,定性指出了如何调整设计参数能够有效对抗各种不利因素,提高制导性能;最后,仿真研究验证了非线性H∞导引律的有效性和定性分析的有效性。     

针对机动目标带攻击角约束的三维制导律

针对机动目标设计了带攻击角约束的三维制导规律。建立了球坐标系下的三维弹-目标相对运动模型,描述了视线高低角和视线方位角之间的耦合关系。针对导弹与目标作非共面运动的情况,基于滑模控制理论,给出了带攻击角约束的三维制导律。为了克服抖动,对所给出的三维制导律进行了修正。针对目标的机动加速度是时变的情况,给出了基于先验知识的制导参数自适应调整规则。仿真结果表明,该三维制导律能垂直命中机动目标,并对目标机动加速度的变化具有较强的鲁棒性和适应能力。     

带扩张观测器的新型滑模导引律

在精确制导问题中,为克服目标机动和弹体动态特性对制导精度的影响,建立了平面内的弹目相对运动模型,在此基础上建立考虑导弹动态特性的制导模型;为提高末制导精度,设计了考虑导弹动态特性和目标机动的自适应滑模导引律;为了实现该导引律,利用带有滤波器的扩张观测器估计视线角速率、视线角加速度、目标机动加速度及其变化率等制导信息。仿真结果表明,扩张观测器收敛速度快、估计精度高,且具有较强的抗干扰能力;在不同机动条件下,所设计的考虑导弹动态特性的含扩张观测器的改进滑模控制律相比于比例导引律、增广比例导引律和滑模导引律具有较好的导引性能。     

考虑导弹自动驾驶仪动特性的三维非线性导引律

基于三维球坐标系下目标-导弹相对运动方程,考虑导弹自动驾驶仪动态特性,应用递推Lyapunov方法设计了一种三维非线性导引律.在设计的过程中,不需要消去三维制导动力学方程中的非线性耦合项,使得导引规律的最终表达形式得以极大简化.该导引律有效地克服了导弹控制系统的动态延迟对制导精度的影响.仿真结果表明,在目标做大机动逃逸,导弹自动驾驶仪存在较大滞后情况下,这种导引律仍具有很高的制导精度.     

伴飞卫星自主相对导航衰减记忆滤波算法

为实现伴飞卫星的自主相对导航,基于C-W方程提出了一种在伴飞卫星轨道系中建立简化的相对运动方程构成星上轨道递推、根据导航敏感器输出进行量测更新的导航滤波器,并利用衰减记忆滤波算法抑制系统模型误差对相对导航结果的影响。仿真结果表明,该滤波算法可实现伴飞星的自主相对导航。它不仅较C-W方程更简单,而且适于模型不准确时的相对导航,工程实现易。     

基于红外/毫米波复合制导律设计

基于红外/毫米波复合导引系统,针对空地导弹攻击地面目标问题,提出了一种新的具有强鲁棒性的非线性末制导律.基于弹目相对运动学的非线性关系,以相对距离作为状态,同时将目标机动作为系统有界扰动,建立了弹目相对运动的数学模型.基于红外和毫米波复合导引系统获得的测量信息,采用滑动模态控制方法,以优化制导精度为目标,设计了一种自适应非线性变结构控制律.该方法利用Lyapunov稳定理论严格证明了制导闭环系统的全局渐近稳定性.数字仿真表明,这种制导律对地面运动目标具有很强的鲁棒性和适应性,并能获得良好的制导精度.     

三维极小脱靶量与极小能量综合最优控制律研究与仿真

根据空间平台拦截器与目标的相对运动方程,基于线性系统最优控制理论提出了一种综合三维极小脱靶量与极小能量的最优控制律。给出了最优推力大小与方向控制,以及最优过渡时间和关机时刻确定的模型。仿真结果表明:该最优控制律控制精度高,易于工程实现。     

直接侧向力控制导弹的自适应模糊变结构末制导律设计

针对采用直接侧向力控制的敏捷性导弹，提出了一种适州于拦截大机动目标的自适应模糊变结构末制导律。由于采用了直接侧向力控制方式，提高导弹末段机动过载和快速响应能力的同时，也使得系统具有高度耦合非线性和参数不确定性。采用所设计的制导律在制导系统中不确定性函数为未知的情况下，利用自适应模糊系统的万能逼近能力以任意精度进行逼近，由此克服了模型小确定性和外界干扰对制导系统的影响。并通过引入目标最大机动加速度自适应算法，使得这种制导律中的变结构项具有变增益能力，能够适应目标各类机动的情况。仿真结果表明，该制导律对大机动目标具有较强的鲁棒性，并对各类机动目标均有较高的制导精度。     

智能滑模变结构制导律

基于零化反导导弹的脱靶量,用变结构控制理论和非线性运动学方程推导了一种能适应目标作大机动的滑模变结构制导律。设计了一种新颖的模糊逻辑控制器,通过嵌入专家经验,实现了导引律系数的智能改变,建立了目标作螺旋机动的数学模型。末制导仿真结果表明：智能滑模变结构制导律在拦截三维螺旋机动目标时具有响应快速性,视线角速率和脱靶量较小,对高速大机动目标有较好的拦截效果。     

基于Lyapunov最小-最大方法的卫星编队飞行队形保持

提出一种卫星编队飞行队形保持的鲁棒控制方法.将环境摄动、推力误差等因素作为干扰项加到相对动力学方程中.然后对于该不确定系统,采用Lyapunov最小一最大方法设计相应的控制律,在存在干扰的情况下,采用该控制律仍然能保证系统渐近稳定.同时针对经典的Lyapunov最小一最大方法导致的控制颤振问题,进行了改进,证明了改进后的控制律能够实现系统的一致终极有界,同时消除颤振.通过仿真,验证了采用Lyapunov最小-最大方法在系统存在干扰的情况下,比一般控制方法具有更强的鲁棒性.     

基于偏心率和倾角矢量的共位隔离策略

在同一个标准的位置保持窗口内并置多颗卫星,并且避免相互之间的碰撞、干扰和遮蔽,是充分利用地球静止轨道资源的一种比较好的办法。针对我国卫星共位隔离的工程需要,文章提出了一种基于偏心率矢量和倾角矢量实现共位隔离的方法,给出了基于偏心率矢量和倾角矢量联合隔离的基本方法、约束方程,以及工程实现时的位置保持策略。通过仿真计算和工程实际应用,验证了该方法的正确性。     

目标机动加速度的估计与导引律实现

研究了寻的末制导过程的制导信息获取问题,并在此基础上对导引规律的实现进行了 研究。针对末制导过程的非线性数学模型的特点,设计了高增益观测器,采用高增益反馈保 证观测误差的快速收敛,利用导弹导引头提供的信息,对导引规律中需要的视线转率和目标 机动加速度信息进行了估计,分析了观测器误差的收敛性。采用观测器方法进行制导信息的 估计,将目标机动看作外部扰动输入,因而不需要建立目标的机动模型或对目标机动的统计 特性进行假设。利用观测器获得的制导信息,对导引规律进行了实现,并证明了闭环制导回 路的稳定性。最后进行了数值仿真,并对仿真结果进行了分析,验证了文中得出的结论。     

动量轮卸载在改进GEO卫星东西轨道保持中的应用

空间外干扰力矩会使在轨GEO三轴卫星动量轮转速发生周期性变化,因此需要进行动量轮卸载。通过对卸载前后卫星轨道根数的比较,发现动量轮卸载可以延长卫星实际的东西轨道保持周期。以动量轮卸载有利卫星轨道保持为研究目的,通过计算和分析,推导出动量轮卸载时转速变化与卫星半长轴变化关系的数学模型,并以实际测量数据为基础,对模型进行了仿真验证,证明了动量轮卸载对改进GEO卫星东西轨道保持的可行性,提出了一种利用动量轮卸载改进GEO卫星东西轨道保持策略的新方法。     

一种新的共线平动点拟周期轨道稳定保持策略

限制性三体问题下共线平动点附近的拟周期轨道在深空探测中具有重要的实际应用价值,得到了各航天大国的广泛重视。通过将动力学中心流形结构引入轨道控制方法的设计之中,得到了基于投影到中心流形的共线平动点拟周期轨道稳定保持策略。首先推导了会合坐标到中心流形坐标的正则变换方法,在此基础上设法通过引入轨道机动,将偏差状态点投影到中心流形上,从而达到消除不稳定分量的目的。该方法充分整合了平动点的动力学特性,并且也适用于周期轨道的稳定保持。通过对Lissajous轨道和晕轨道的数值仿真表明,该方法较以往方法具有更强的稳定性,能在显著降低轨控燃料消耗的基础上达到较好的稳定保持效果。     

Optimal diving maneuver strategy considering guidance accuracy for hypersonic vehicle

An optimal maneuver strategy considering terminal guidance accuracy for hypersonic vehicle in dive phase is investigated in this paper. First, it derives the complete three-dimensional nonlinear coupled motion equation without any approximations based on diving relative motion relationship directly, and converts it into linear decoupled state space equation with the same relative degree by feedback linearization. Second, the diving guidance law is designed based on the decoupled equation to meet the terminal impact point and falling angle constraints. In order to further improve the interception capability, it constructs maneuver control model through adding maneuver control item to the guidance law. Then, an integrated performance index consisting of maximum line-of-sight angle rate and minimum energy consumption is designed, and optimal control is employed to obtain optimal maneuver strategy when the encounter time is determined and undetermined, respectively. Furthermore, the performance index and suboptimal strategy are reconstructed to deal with the control capability constraint and the serous influence on terminal guidance accuracy caused by maneuvering flight. Finally, the approach is tested using the Common Aero Vehicle-H model. Simulation results demonstrate that the proposed strategy can achieve high precision guidance and effective maneuver at the same time, and the indices are also optimized.     

基于Lyapunov直接法的航天器近程导引控制律

基于C-W方程的相对动力学模型,用Lyapunov直接法设计了一种运行于近圆轨道航天器的近程导引控制律,给出了控制模型。该控制律简单有效,无需求解系统方程即可分析和判断近程导引的稳定性进而施加控制。仿真结果表明,该法的导引精度可满足要求,其收敛时间和燃料消耗也在可接受的范围内。     

基于反馈线性化的动能拦截器姿态控制研究

动能拦截器进入末制导阶段时经常需要进行大角度姿态机动,这时拦截器姿态控制系统具有非线性、强耦合、多输入多数出(MIMO)的特点。现针对动能拦截器模型的非线性和不确定性,提出PID神经网络自适应逆控制方法对拦截器飞行姿态进行控制。首先基于精确反馈线性化方法将系统解耦成三个独立的子系统,然后应用基于PID神经网络的自适应逆控制方法分别设计每个子系统的姿态控制器。该方法将PID神经网络控制与自适应逆控制相结合,对于拦截器姿态控制系统中的建模误差以及外部干扰具有较强的适应能力。仿真结果证明了该方法的有效性。