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。     

导弹协同作战编队队形最优保持控制器设计

针对导弹编队协同作战的任务需求,采用最优控制理论设计了导弹的编队队形保持控 制器。首先,从导弹协同作战体系的角度分析了导弹编队队形控制系统的构架;然后基于导 弹在相对坐标系下的运动关系,建立了导弹的相对运动模型,这种建模方式可使弹间相对运 动过程的物理意义明晰;最后在从弹自身控制系统闭环稳定的前提下,视领弹的运动状态为 输入扰动,基于弹间相对运动模型采用线性二次（LQ）最优控制理论设计了导弹编队飞行保 持控制器。仿真结果表明,该控制器能够克服输入扰动、模型常值扰动以及线性化偏差,可 实现对协同作战任务规划系统提出的期望导弹编队队形快速、稳定的调整与保持控制。
     

输入饱和约束下导弹自动驾驶仪鲁棒最优自适应控制

针对遭受外部扰动和输入饱和约束条件下的导弹自动驾驶仪系统,研究其鲁棒最优控制问题。首先,引入光滑函数处理输入饱和约束,并设计超螺旋干扰观测器实现对外部扰动的实时估计;然后,结合滑模控制理论,设计基于观测器的自适应滑模控制策略;接着,针对等效滑动模态系统,引入自适应动态规划算法构造评价网络求解哈密顿-雅可比-贝尔曼(HJB)方程,设计新的更新律在线学习最优控制策略使得系统稳定的同时满足预设的性能指标;最后,导弹自动驾驶仪系统的仿真结果表明了算法的有效性。     

战术导弹大扇面机动发射研究

传统自动驾驶仪或简易平台式惯导系统采用装定扇面角的方法控制导弹机动转弯 ,受框架式陀螺仪测量范围的限制 ,发射扇面角不能过大 ,否则会引起框架系统的锁定 ,导致导弹失稳 ;另外该方法还不能控制导弹的法向过载 ,转弯太急将导致法向过载超过设计指标要求。为此本文提出了一种可直接对导弹法向过载和过载速率进行控制的方案 ,利用能量最优控制方法设计了过载控制指令 ,并采用由角加速度计和线加速度计构成的新型捷联惯导系统对导弹进行稳定和控制。应用该方案对某型超音速导弹进行弹道仿真时 ,较好地控制导弹实现了从± 90°直至± 180°的几种大扇面角发射 ,表明该方案具有较高应用价值     

一种SGCMG系统奇异逃离方法

单框架控制力矩陀螺 (SGCMG)系统进入奇异后无法提供准确的三轴指令力矩,通过奇异机理分析,设计了一种奇异逃离方案。首先构造新的动态坐标系,在系统进入奇异后,将控制坐标系切换到新的坐标系下,在新的坐标系上放弃一个维度的控制,将系统考虑为平面内的SGCMG冗余控制系统,然后在平面内采用二维零运动使得系统快速逃离奇异状态,当SGCMG系统逃离奇异状态后,再重新接入三维度的控制。仿真结果表明,提出的方法具有很好的奇异逃避效果。     

飞航导弹鲁棒层次控制器设计

文中提出了飞航导弹的鲁棒层次控制器的设计方法，该方法基于时标分离原则，将飞航导弹飞控系统分为四个子系统回路，对子系统回路运用多重尺度奇异摄动理论，优化线性化理论，变结构控制理论设计控制器，对某型反舰导弹中设计了鲁棒层次控制器，仿真结果表明该控制器具有良好的控制性能和鲁棒性。     

主辅拦截器协同制导方法研究

随着现代导弹技术的发展,导弹的突防能力越来越强,对导弹的防御难度也逐渐增大。为增强拦截器的杀伤力并降低成本,可利用主辅拦截器协同制导对目标进行拦截。建立了拦截器与目标的相对运动模型,通过对运动方程进行线性化分析,发现协同制导问题实质为具有终端时间限制条件的导引问题,该问题可转化为线性化系统的最优控制问题。利用最优控制中的极小值原理设计了时间协同制导律。仿真结果表明:该制导律可实现多枚拦截器在同一时刻拦截目标的协同制导要求。     

快速控制灵敏度和提高鲁棒性的技术途径

本文综合论述了在导弹控制工程中采用快速控制所带来的实际问题——即“Bang—Bang Control”(简称BBC)灵敏度问题,并对开环、闭环控制的BBC灵敏度进行理论分析,从而得出在导弹控制工程中,采用快速控制的同时,提高控制系统鲁棒性的几种工程技术途径。 通过某型导弹高度控制系统设计,弹道仿真计算,成功地解决了这类问题,获得良好的工程鲁棒性,为快速控制理论在导弹控制工程应用创造了条件。     

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。     

最优控制与姿控喷流在导弹姿态控制中的应用

针对稀薄大气层内导弹姿态控制问题 ,提出了一种采用侧向喷流的姿态控制方案 ,并根据最优控制理论设计了控制律。仿真结果表明 ,该方案可以在最短的时间内使导弹的姿态跟踪给定的指令输入 ,并且具有较小的稳态误差     

飞航导弹分层变结构控制

飞航导弹模型可以处理成一种四层非线性、时变块对角结构，但其中一、二层模型不是仿射型模型，这在控制理论的应用上受到限制。本文应用优化线性理论，对这两层模型进行了仿射型处理，这样就得到了飞航导弹的四层非线性信射型模型。接着，本文提出了玫类非线性系统的变结构控制方法，从而对导弹进行了分层变结构控制器设计。仿真结果表明，所设计的系统具有很强的鲁棒性。     

静不稳定BTT导弹飞控系统的设计与分析

本文给出了倾斜转弯导弹简化的数学模型，研究了航向静不稳定弹体的气动特性，应用经典控制理论，提出了这类导弹飞控系统的设计方法和设计目标，并以某型ＢＴＴ－９０导弹为对象，给出了整个控制系统的设计过程，进行了非线性数字仿真，仿真结果表明，设计达到了ＢＴＴ导弹战术技术指标的要求。     

最优鲁棒控制在飞行器设计中的应用

本文根据线性最优调节器加权阵与闭环系统极点的关系,提出了一种综合最优系统设计法,使系统同时具有良好的动特性和较强的鲁棒性。文中应用这种方法对某型飞行器控制系统进行了设计,使飞行器性能指标得到了显著提高。     

BTT导弹控制系统设计与全弹道数字仿真

本文先用古典控制理论设计BTT导弹自动驾驶仪,采用比例导引规律,在导弹最大滚动角φ_(max)不作限制的条件下设计制导逻辑。然后,在不限制φ_(max)或限制φ_(max)≤±90°,有无偏航通道和是否考虑控制系统测量元件动态特性的不同组合条件下,进行全弹道数字仿真计算与分析。结果证明:设计的制导系统、制导逻辑和自动驾驶仪是合理的、正确的,具有工程应用价值。BTT导弹攻击范围大,跟踪性能好,在目标作较大机动时也能稳定击中目标。     

改进的次时间最优控制

本文在[1][2]基础上进一步探讨了次时间最优控制的改进问题,深入地阐明了次时间最优控制的某些特性后,提出了一个新的改进的设计方法。按照这种方法设计控制系统,不但实用而且可以大幅度提高次时间最优控制的最优性。并用实例比较了各种方法,证明了本文提出的方法的优越性。本文提出的方法应用于工程设计,对于提高系统的最优性是非常有效的。     

空-空导弹随动扫描系统的模糊控制与仿真

本文研究了一种空－空导弹随动扫描系统的模糊控制问题，给出了系统的结构和设计。同时，用数字仿真证明了所设计的系统具有优良的动态性能、较强的抗干扰能力和良好的解耦能力。     

导弹总体设计参数优选的一种技术

本文讨论导弹总体设计参数的优选问题。通过实例,讨论了正交设计和逐次撒网登高相结合的优选方法的应用。结果表明,本文提供的方法计算量小,效率高,简便实用。     

卫星轨道保持的分散容错控制

本文基于Ｈ＾∝最估理论和矩阵奇异值分解技术，对卫星轨道保持系统进行了分攻容错控制，提出了容许执行机构故障和传感器故障的两种分散控制律设计方法，可使卫星控制系统具有明显的容错能力。