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。     

高机动旋转导弹鸭式双通道控制研究

对高机动旋转导弹双通道鸭式控制进行了研究。介绍了双通道控制原理,分析了双通道控制的过载能力强,理论上对最低转速无要求,驾驶仪设计复杂度小,利于工程实现等相对单通道控制的优点。讨论了双通道控制考虑两对鸭舵滚转不对称、鸭舵下洗和气动非定常时的气动设计,以及转速设计中零转速、与弹体纵向响应频率和大机动转速变化对控制系统的影响的要点。研究认为高机动旋转导弹采用鸭式双通道控制可行。     

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。     

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。     

求解广义特征值问题设计导弹H∞增益调度自动驾驶仪

通过构造广义特征值问题求解H∞增益调度问题的最优解。采用矩阵奇异值分解理论,由H∞增益调度问题的线性矩阵不等式求解条件出发构造了用于求解H∞增益调度问题最优解的广义特征值问题。将所构造的广义特征值问题应用于D\|K\|D迭代算法中,以某地空导弹为例设计了H∞增益调度自动驾驶仪。仿真结果表明,所设计的自动驾驶仪的动态特性在导弹飞行条件大范围变化时,具有相当好的一致性,从而验证了广义特征值问题构造的正确性及其应用于H∞增益调度问题求解的可行性。
     

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。     

基于残差反馈控制的自动驾驶仪滚动回路设计研究

为满足战术导弹自动驾驶仪滚动回路面临的抑制严重干扰和稳定滚转姿态的需求,针对常规控制采用折中方法设计存在的问题,对基于残差反馈控制的自动驾驶仪滚动回路设计进行了研究,以解决系统鲁棒性与动态性能的矛盾。用Youla参数法分析标准闭环控制系统,提出针对被控对象发生模型摄动的控制策略:控制器分为两部分,针对无干扰等未建模特性的额定状态控制器和针对外来干扰、内部噪声等未建模特性时的残差信号反馈控制回路,分别保证系统稳定性、动态性能与鲁棒性。给出了自动驾驶仪滚动回路设计。用仿真与滑模变结构控制方法比较,验证了方法的有效性。     

基于改进增益规划法的导弹稳定控制回路设计

定点设计和多点拟合是利用传统增益规划法进行控制回路设计的基本环节。针对传统增益规划方法中存在的问题 ,本文将基于遗传算法的特征点处控制系统参数设计方法和基于神经网络的稳定控制律拟合方法组合在一起 ,形成一种改进增益规划方法用于导弹稳定控制回路设计 ,以克服原有设计方法中人工试凑较多的弊端 ,降低人为因素对设计工作的影响 ,实现设计工作程序化、自动化和通用化。     

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。
     

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。     

关于静不稳定导弹自动驾驶仪设计的若干问题

讨论用于静不稳定弹体的自动驾驶仪的设计原理和控制特性.适当选择阻尼回路的参数能使静不稳定弹体可稳定并可控制.使用静不稳定弹体能显著提高导弹的过载能力,过载能力随弹体不稳定度的增加而增加,但放宽静不稳定度有一定的限度.静不稳定弹体自动驾驶仪要求其阻尼回路的传递系数足够大,时间常数比较小,并且还要求舵机有足够大的输出功率和响应速度.     

BTT导弹自动驾驶仪多变量频域设计方法

本文用多变量频域理论中的逆奈奎斯特阵列法设计某型ＢＴＴ导弹自动驾驶仪，首先建立ＢＴＴ导弹控制系统模型，并在某特征点设计驾驶仪的预补偿器、主控制器和反馈增益阵，而后在最严峻的激励作用下，对设计的驾驶仪进行非线性仿真，结果表明：导弹跟踪性能良好；补偿后俯仰一偏航通道间的耦合作用明显降低。设计方法物理概念清晰，易于工程实现。     

滚转偏转头导弹动态特性分析

基于复角模型,研究了弹头偏转对于偏转头导弹飞行稳定性和操纵性的影响。依据偏转头导弹的多体特点,建立了包含弹头和弹体动力学特征的滚转偏转头导弹多体动力学模型,通过模型简化,得出了其复角模型。以弹头偏角作为输入,攻角和侧滑角作为输出,得出了滚转偏转头导弹的传递函数。分析传递函数发现,弹头偏转主要影响了导弹传递函数的零点,文中给出了满足系统最小相位的条件公式;当弹体绕纵轴逆时针旋转时（由弹尾向前看）,导弹模型总为最小相位系统;定性分析了气动参数对于导弹运动稳定性的影响,得出弹头偏转运动对于飞行稳定性没有直接影响的结论;动力学仿真表明,弹头与弹体相互作用,导致两者产生相反的角运动。本研究表明,通过合理的选择气动和结构参数,并使导弹飞行过程中绕纵轴逆时针旋转,可以保证偏转头滚转导弹飞行过程中的运动稳定性,并有利于自动驾驶仪的设计。     

基于反馈线性化的高速无人机自适应控制系统设计

高速无人机是典型的复杂非线性、参数不确定性系统,且各控制通道之间存在强耦合作用,这对飞行控制系统设计提出了严峻挑战。针对其非线性特性和耦合特性,采用精确反馈线性化理论将无人机动力学模型解耦为3个独立的子系统,即滚转、俯仰和偏航通道;应用模型参考自适应控制方法分别设计每个通道的姿态控制器。研究表明,上述线性化方法能够实现三通道解耦,所设计控制系统满足飞行控制性能要求,且对气动参数摄动和外部干扰具有较强的鲁棒性。     

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.     

导弹滚转稳定的分析

根据防空导弹对滚转运动的要求以及弹体滚转运动的特性，比较了稳定滚转姿态角的两种结构形式，分析了倾斜稳定和滚转稳定回路的作用及特点。按照滚转稳定的作用，讨论了滚转稳定回路的设计；应用线性二次型的方法，研究了对回路参数的选择，并与经典的设计结果进行了比较。同时，对滚转稳定回路在不同干扰作用下的响应特性进行了分析。     

基于遗传算法的H∞混合灵敏度导弹解耦控制器设计及加权函数选择方法研究

导弹在大攻角再入飞行过程中,偏航通道和滚动通道存在着气动交连耦合,当耦合影响较大时,采用传统的把耦合项当作随机干扰的办法来处理,容易造成系统失稳。因此采用基于H∞混合灵敏度解耦控制的方法对通道间进行解耦,对于H∞混合灵敏度加权函数,通过遗传算法优化获得,并推导了H∞混合灵敏度标准型的建立过程和遗传算法优化加权函数的步骤。应用该方法,对导弹大攻角飞行过程中通道间的解耦控制进行设计。仿真表明,对参数不确定性的耦合系统,该方法具有良好的解耦性和鲁棒稳定性。     

自动驾驶仪回路可变参数的设计

为了使自动驾驶仪对弹体气动参数的变化具有良好的适应能力,在其回路中应设置相应的可变参数.以某型自动驾驶仪的俯仰回路为例,详述了可变参数的设计原理、方法及结果.     

BTT导弹时变滑态变结构自适应自动驾驶仪设计

针对倾斜转弯导弹的具体特点, 提出了一种基于模型参考时变全程滑态变结构控制理论的协调式耦合自动驾驶仪的设计方法, 并分别针对滚转通道、俯仰/偏航耦合通道进行了设计分析; 最后进行了三通道联合仿真, 得到了满意的结果     

一种高机动鸭式布局导弹的转速控制方法研究

对一种高机动鸭式布局导弹的旋转三通道转速控制方法进行了研究。分析了两对舵面布局的导弹滚转控制特性,发现鸭舵差动可产生相应的滚转控制力矩,4片舵面同时差动的滚转控制效率在不同滚转位置处的一致性较好。给出了双鸭舵实现纵侧向过载指令跟踪同时进行转速稳定的控制策略,以解决转速变化给导弹纵侧向控制带来不利影响的问题。考虑鸭舵滚转控制不确定性大,设计了基于模糊控制的转速稳定控制回路。仿真结果表明:提出的控制方法有较好的自适应能力和稳态跟踪精度,能解决旋转导弹转速控制面临的不确定性难题。研究对高机动旋转导弹的发展有一定的工程参考价值。