基于自抗扰的直接力与气动力复合控制系统设计

针对直接力/气动力复合控制导弹的设计问题,提出了一种基于自抗扰控制技术的自动驾驶仪设计方法.首先分析了复合控制系统的特点和控制问题,建立了三通道的复合控制模型.然后针对俯仰通道和偏航通道提出了一种三环设计方法,内环和中环应用自抗扰控制器设计,主要考虑自抗扰控制器对对象参数变化和外部扰动的不敏感特性,外环采用PI控制器设计.最后针对滚转通道提出了一种双环设计方法,内环和外环均采用自抗扰控制器设计.仿真结果表明,所提出的控制方案对过载指令具有较好的跟踪效果,且控制器具有很强的鲁棒性,适用于直接力/气动力复合控制导弹的控制系统设计.     

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。     

亚轨道飞行器无动力自动着陆的横侧向控制

针对重复使用亚轨道飞行器无动力自动着陆的横侧向控制,偏航通道根据状态反馈和输出反馈理论将“偏航角速度+偏航角”反馈转换成适于工程应用的“偏航角速度+侧向过载”控制方式;滚转通道设计了“滚转角速度+滚转角”控制方式,在此基础上首次推导了BTT控制方式侧偏距回路的稳定性分析原理,并据此理论设计了横侧向回路的控制参数.仿真结果表明所设计的横侧向控制器能够快速消除侧滑角,有效消除侧偏距,并且对平稳风和切变风有较强的鲁棒性.     

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。     

基于火箭弹非线性动力学系统的解耦控制

为消除火箭弹在倾斜转弯（BTT）时俯仰与偏航通道的强耦合,根据建立的火箭弹非线性动力学模型,采用微分几何方法和二次Gauss/回路传函恢复（LQG/LTR）设计了一控制系统,给出了控制器的设计。仿真结果表明：侧滑角近似为零,滚转命令能快速响应,设计的解耦控制器有效。     

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。
     

一种面向固定配平型弹头的螺旋机动控制方法

针对固定配平型弹头过载方向可控但过载大小不可控因而无法同时实现螺旋机动所需纵向/侧向过载的问题,提出一种适用于固定配平型弹头单通道变质心滚转控制模式的螺旋机动控制方法。首先,建立了可直观描述螺旋锥角、螺旋角速度等螺旋机动运动特性的弹目相对运动关系方程。然后,基于螺旋锥角、螺旋运动角速度等螺旋运动状态与弹目视线角速率关系,合理设计螺旋机动指令,保证螺旋机动末端弹目视线角速度收敛到零。最后,采用反演法实现弹头质点运动与滚转姿态运动的制导控制一体化设计,通过一维变质心控制滚转姿态调整法向过载方向,使得过载分量能够控制弹头速度矢量与视线的夹角跟踪设计的螺旋运动锥角指令,而剩余过载分量产生大小不可控但旋转方向不变的螺旋运动角速度,实现螺旋机动弹道的运动特性。数学仿真表明,本文提出的螺旋机动控制方法可实现滚转单通道控制固定配平型弹头的螺旋机动,设计思路直观简单,便于工程应用。     

直/气复合控制导弹的模型预测和自抗扰姿态控制设计

针对直/气复合控制导弹姿态控制系统的特点,提出将非线性模型预测方法与自抗扰控制方法结合的姿态控制策略,设计姿控脉冲发动机阵列点火逻辑,在分析直接侧向力有限约束集的基础上提出直/气复合控制导弹姿态控制系统设计方法。仿真结果表明,所给出的复合控制策略可以有效抑制外部干扰和模型不确定性的影响,显著加快拦截导弹的过载响应速度。     

防空导弹直接力／气动力复合控制系统设计

直接力和气动力复合控制技术是先进防空导弹对付高速机动目标、兼有反导能力以 及发 展成为动能拦截弹最现实有效的技术途径。针对力矩式复合控制方法,为减小由于弹体滚动 所引起的耦合影响,建立了俯仰－偏航通道短周期运动模型;在弹体慢旋条件下给出了参考 信号状态空间模型,利用线性二次型最优跟踪控制方法设计了复合控制姿态稳定系统,并基 于分离原理设计了参考信号状态观测器。仿真结果表明系统对制导指令的响应时间小于0.1 秒,对螺旋机动弹道目标的拦截脱靶量为0.34米,说明该复合控制方法具备直接碰撞目标的 能力。〖JP〗     

滚转导弹解耦过载驾驶仪及其BP自适应调度法

滚转导弹具有气动、惯性及控制耦合特性,三回路过载驾驶仪具有较好的动态响应特性,但俯仰与偏航双通道之间会存在耦合。为了实现了双通道完全独立,采用动态解耦算法设计了一种基于状态反馈与输入变换的解耦过载驾驶仪,弥补了三回路驾驶仪无法消除耦合特性的不足。滚转导弹制导段跨越的空域较大,气动参数非线性特性较强,在特征点数量较少的情况下,传统的基于插值方法的控制器参数增益调度策略的效果并不理想。针对滚转导弹耦合和传统增益调度设计有缺陷的问题,设计了一种基于BP神经网络的自适应调度算法(BPASM)。仿真结果表明,在特征点数量较少时,解耦效果更好,且在线计算量小,设计简便,具有一定的工程指导意义。     

基于极限学习机的有限时间自适应姿态控制

对存在转动惯量未知摄动和角速度有界约束的航天器姿态控制问题,设计了一种基于非奇异终端滑模面的有限时间姿态跟踪控制器。预设有界虚拟角速度作为外环系统的控制输入,使姿态角快速收敛到期望姿态。将外环虚拟角速度作为内环系统的期望轨迹,采用极限学习机(Extreme Learning Machine,ELM)在线估计包含未知转动惯量的部分,并基于非奇异终端滑模面设计了一种自适应姿态控制器,使内环输出角速度在有限时间内精确跟踪预设虚拟角速度,满足了角速度有界约束。理论分析了闭环系统的全局渐近稳定性。数值仿真了在轨抓捕非合作目标过程中的航天器姿态控制问题,验证了本文控制器的合理性和姿态控制器的优良品质。     

防空导弹通道耦合抑制方法研究

针对防空导弹在高速、大攻角时通道存在严重耦合,研究了用反馈线性化方法对通道耦合进行抑制的方法。基于弹体动力学和弹体系过载模型,设计了两通道、三通道两种不同结构反馈线性化控制器并对控制结构进行了分析,确定俯仰和偏航两通道结构反馈线性化控制器能有效实现线性化解耦,三通道结构反馈线性化控制器会出现错误控制响应。加入滚动角加速度补偿量可使两通道控制器进一步削弱耦合量。仿真结果表明:方法可有效提高反馈线性化控制器的抑制耦合能力。     

高超声速飞行器俯冲段制导与姿控系统设计

针对高超声速飞行器俯冲飞行段制导与姿态控制问题,建立基于飞行器加速度分量的三通道角速率解算模型,提出一种新颖的制导控制系统设计方法。建立高超声速飞行器俯冲段六自由度(6DOF)质心和绕质心动力学与运动模型,以目标-飞行器三维(3D)空间相对运动模型为基础,利用终端滑模控制方法和零化视线(LOS)角速率原理得到飞行器期望过载进而解算对应的俯仰、偏航和滚转角速率指令;姿控系统基于滑模控制理论完成该三通道角速率指令的跟踪并生成飞行器舵偏指令;该方法以解析模型替代传统姿控系统设计中欧拉角指令的跟踪回路,可有效降低制导与姿控系统阶数并减少控制系统设计参数,同时省略了根据气动系数反求欧拉角指令的过程;仿真结果显示,该方法能保证高超声速飞行器(GHV)精确命中地面固定目标,且俯冲飞行过程中各项状态变量均稳定可控。     

一种多扰流片装置的推力矢量特性数值研究

针对常规扰流片推力矢量装置无法提供滚转控制力矩的问题,提出了一种适用于多通道控制的多扰流片矢量结构方案。采用三维数值仿真方法,分析了多扰流片装置喷管内流场结构与推力矢量特性。结果表明,扰流片面阻塞率对多扰流片俯仰/偏航矢量的影响规律与单扰流片一致,扰流片面阻塞率与轴向推力成反比,与侧向力成正比。相同扰流片面阻塞率时,俯偏状态下喷管的内部流动复杂损失大,轴向推力小于滚转状态。通过采用带预制偏角的扰流片,可获得滚转控制力矩,同时,偏角增大滚转力矩增大,轴向推力小幅下降;但俯偏状态下喷管内高压旋流区域缩小使得侧向力大幅下降。多扰流片装置的设计需综合考虑装置的滚转与俯仰/偏航特性。     

基于RBF神经网络的导弹智能控制系统设计

为智能化导弹所设计的导弹智能控制系统应能够充分利用战场信息,自主而准确地生成控制指令完成目标打击。首先建立导弹控制系统模型,并在特征点处设计符合性能要求的PID控制器。在深入分析径向基函数(RBF)网络的结构与训练方法的基础上,通过大量仿真数据对RBF网络进行离线训练,将其训练结果直接作为俯仰与偏航通道的控制器。而滚转通道为典型的2阶系统,可采用滑模控制律,并利用RBF网络实时逼近外界非线性干扰项以提高滑模控制器的性能。通过某型倾斜转弯导弹六自由度仿真说明了本文所设计的智能控制系统的有效性。     

直接力与气动力复合控制系统姿态稳定问题研究

大气层内直接力与气动力复合控制导弹具有响应快速、可用过载大等优点，可以拦截高速、高机动性目标。研究制导末端轨控直接力与气动力复合系统姿态稳定问题。首先分析了复合系统的特点和控制问题，建立了控制模型。然后应用扩张状态观测器观测对象模型内扰和外扰的实时作用量，进行反馈补偿，实现了动态线性化。最后设计了非平滑反馈控制律，从而实现了复合系统的姿态控制设计。仿真结果表明，系统具有良好的动态性能和稳态性能，控制器具有很强的鲁棒性。     

双通道调姿姿态角偏差算法研究与试验验证

总体要求在导弹飞行过程中对俯仰通道和偏航通道的姿态同时进行调整。弹上控制系统为了实现这项功能，对双通道调姿姿态角偏差算法进行了研究，并通过姿态控制系统半实物仿真试验对该项研究结果的正确性进行了验证。     

舰载导弹发射数值模拟与点火时机研究

采用数值模拟方法研究舰载导弹的发射问题.基于虚拟样机技术建立了舰载导弹发射系统的多体动力学模型,通过定义运动模拟了舰船在海浪中的恶劣运动,采用时间离散采样方法模拟了舰船不同状态下的发射,针对不同推力、发射点及海况因素进行了发射数值仿真试验.研究结果表明,采样点火下发射导弹出筒的俯仰和偏航角速度出现周期性波动,而滚转角速...     

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     

考虑复合控制系统动态特性的前向拦截制导律

为满足临近空间拦截高速大机动目标的实际需求,研究了考虑直接力/气动力复合控制动态特性的前向拦截制导律设计方法。在考虑连续气动力和离散直接力特点的基础上,给出了一种在气动舵控制基础上设计连续直接力、然后通过冲量等效法进行离散化的直接力设计方法,避免了复杂的控制分配问题。根据二维前向拦截导引运动学模型和拦截导弹动力学模型,利用时间尺度分离,将拦截导弹和目标的质点运动学与加速度慢变子系统构成的动态系统,看成慢变子系统,设计了俯仰角速度指令;将俯仰角速度动态子系统看成快变子系统,通过对俯仰角速度指令的跟踪控制设计得到考虑复合控制系统动态特性的前向拦截导引律。仿真结果校验了本文方法的正确性和有效性。