高性能飞航导弹的一种滑模控制器设计

针对高性能飞航导弹过载控制系统,考虑舵机的一阶动态特性,设计了一种滑模变结构控制律,其中滑模面由导弹的过载及其一、二阶导数组成。为便于工程实现,进一步采用角速度和角加速度信号来近似代替过载的一、二阶导数。仿真结果验证了该方法的正确性和有效性。     

导弹过载控制设计方法研究

以导弹纵向通道为例,给出了导弹的过载控制模型,研究了传统PI/角速度反馈控制、滑模控制和H∞/混合灵敏度控制方法,进行了仿真计算.通过比较,得如下结论传统PI/角速度反馈控制结构简单、工程上易于实现,但系统响应速度慢,且鲁棒性较差;滑模控制响应速度快,但很容易产生抖振,而消弱抖振后,稳态误差明显增大,鲁棒性能变差.反复仿真计算表明,选择这种滑模面控制方法不适合用于导弹的过载控制;H∞/混合灵敏度控制方法的响应速度快,鲁棒性能较好,但控制器阶次较高,工程上较难实现.     

基于积分滑模的导弹过载控制稳定性研究

针对导弹过载控制系统,考虑了导弹舵机的一阶动态特性,引入一类积分型滑模面,设计变结构控制律,对导弹的过载和角加速度进行控制。然后构造Lyapunov函数证明其稳定性,仿真算例表明了该方法有较好的鲁棒性和快速性。在此基础上,考虑工程应用的需要,提出了一种形式简单的控制规律,减少了控制信号的计算量,仿真结果表明,该控制律具有优良的控制效果。     

非最小相位导弹自动驾驶仪设计

对于尾控型导弹，过载输出与舵偏转之间为非最小相位特性，这使得反馈线性化和滑模控制等非线性控制算法不能应用于控制器设计。将输出跟踪问题转化为状态跟踪，这样，可以应用滑模控制设计过载控制自动驾驶仪，通过构造合适的滑模输出，可得到稳定的零动态。此外，采用全局二阶滑模控制可削弱抖振现象。仿真结果表明，本设计具有良好的输出跟踪性能和鲁棒性。     

基于滑模反演控制的稳定平台齿隙非线性补偿

针对航空遥感惯性稳定平台中齿隙非线性带来的不稳定问题，结合反演控制和滑模控制的优点，在传统反演控制的每一步迭代过程引入与齿轮运动状态相关的基于连续饱和函数的动态滑模面，设计了相应的滑模反演控制器。在保证了系统误差快速收敛的同时，抑制了反演过程中的误差积累，实现了系统非线性误差精确补偿。仿真实验结果表明，与传统反演控制相比，滑模反演控制显著降低了齿隙非线性对系统动态性能的影响，有效提高了系统对期望角位置、角速度的跟踪性能。     

基于终端角度约束的二阶滑模制导律设计

针对空地导弹具有终端角度约束条件的制导律设计问题,提出了一种在有限时间内稳定的新型二阶滑模制导律。首先,在弹目相对运动学模型基础上,将终端弹道倾角约束转化为终端视线(LOS)角度约束,作为制导系统的终端控制目标。其次,通过选取一种新型二阶滑模面,结合螺旋控制算法的思想,设计了一种二阶滑模变结构制导律,来抑制系统中的不确定性因素,从而满足零化视线角速率和制导系统的终端角度约束条件的要求。采用一种新的Lyapunov函数,基于Lyapunov稳定性理论,严格证明了制导系统在有限时间内的稳定性。最后,对空地导弹制导系统进行数字仿真,通过和一阶传统滑模制导律以及基于超螺旋算法的二阶滑模制导律进行对比分析,验证了所设计的制导律在保证制导精度的同时,更能在有限时间内提高终端约束角度的精度,并且避免了超螺旋算法中参数选取较多的问题。     

导弹控制系统设计方法研究

以导弹纵向通道为例，给出了导弹的过载控制模型，研究了以下三种控制方法：传统PI／角速度反馈控制、变结构控制器和自适应控制，进行了仿真计算。通过比较，可得如下结论：传统PI／角速度反馈控制结构简单、工程上易于实现，但系统响应速度慢，且鲁棒性较差；滑模变结构控制响应速度快，但很容易产生颤振；自适应方法的响应速度快，鲁棒性能较好。     

超声速导弹的自适应滑模动态面控制

为了提高超声速导弹过载控制系统的快速性,提出了一种自适应滑模动态面控制方法,并采用该方法进行了过载控制系统的设计。通过引入虚拟控制量,该方法克服了内外环设计中需要划分快、慢变量的缺点,提高了过载控制系统的跟踪速度。同时,对系统中存在不确定量的情况进行了研究,采用自适应滑模控制算法对不确定量的边界进行了估计,保证了整个闭环系统的渐近稳定性。仿真结果表明,所提出的自适应滑模动态面控制方法具有良好的控制性能。     

反舰导弹自适应模糊滑模控制系统设计

针对反舰导弹的纵向过载控制系统设计问题,提出了一种自适应模糊滑模控制设计方法。将反演设计、模糊逻辑系统、自适应控制和滑模控制等方法结合,利用模糊逻辑系统估计被控系统的虚拟控制量;应用自适应设计方法逼近系统不确定项的未知上界;运用反演设计方法得到系统的虚拟控制量和实际控制量。基于Lyapunov稳定性理论,证明此闭环系统的所有误差信号均有界且指数收敛至原点的有界邻域内,仿真结果验证了该方法的有效性。     

基于分数阶滑模的风力发电机直接功率控制

为了改善双馈风力发电系统的控制性能,将分数阶滑模控制应用于双馈风力发电机的直接功率控制系统中。将分数阶微积分引入到滑模控制中,构成分数阶滑模控制器,利用分数阶的遗传衰减特性削弱滑模控制的抖振。推导了应用于双馈风力发电系统的分数阶滑模控制律,并用李雅普诺夫稳定性定理证明了系统的稳定性。所提出的分数阶滑模控制系统省略了电流环控制,简化了控制结构,实现了有功功率和无功功率的有效控制。仿真与试验结果显示出所用分数阶滑模控制策略的有效性,同时表明该系统削弱了传统滑模控制中存在的抖振。     

吸气式高超声速飞行器鲁棒非奇异Terminal滑模反步控制

针对含有参数摄动、外界干扰的吸气式高超声速飞行器弹性模型,设计了一种基于新型非线性干扰观测器的Terminal滑模反步控制器。将考虑弹性模态的飞行器纵向模型表示为严格反馈形式,在传统反步法的基础上采用非奇异快速Terminal滑模控制俯仰角与俯仰角速率,优化了反步法的控制结构,并实现了系统的有限时间收敛。基于跟踪微分器设计了一种新型非线性干扰观测器,并与本文所提滑模反步方法相结合,通过对包括虚拟控制量微分信号在内的不确定性进行估计与补偿,进一步提高了控制器的鲁棒性,同时解决了"微分膨胀"问题。基于Lyapunov稳定性理论证明了系统的跟踪误差于有限时间收敛至零。仿真结果表明,该控制器在存在不确定性的情况下,可以实现对参考输入的稳定跟踪。     

滑模变结构飞行控制系统的设计

针对具有参数不确定性和外加干扰的飞机数学模型在控制执行机构受限的前提下，设计了带有积分项的滑动平面方程，通过选择适当的对角参数矩阵实现三通道的解耦控制。在分析Lyapunov函数的基础上，设计了变结构控制律，既满足滑动平面的到达条件，又保证了系统渐地稳定。对F－16战斗机俯仰角速度跟踪控制系统进行了设计，仿真结果表明，俯仰角速度以较高的精度跟踪给一值，系统性能良好。     

Three-dimensional guidance law based on adaptive integral sliding mode control

For the terminal guidance problem of missiles intercepting maneuvering targets in the three-dimensional space, the design of guidance laws for non-decoupling three-dimensional engage-ment geometry is studied. Firstly, by introducing a finite time integral sliding mode manifold, a novel guidance law based on the integral sliding mode control is presented with the target acceler-ation as a known bounded external disturbance. Then, an improved adaptive guidance law based on the integral sliding mode control without the information of the upper bound on the target accel-eration is developed, where the upper bound of the target acceleration is estimated online by a designed adaptive law. The both presented guidance laws can make sure that the elevation angular rate of the line-of-sight and the azimuth angular rate of the line-of-sight converge to zero in finite time. In the end, the results of the guidance performance for the proposed guidance laws are pre-sented by numerical simulations. Although the designed guidance laws are developed for the con-stant speed missiles, the simulation results for the time-varying speed missiles are also shown to further confirm the designed guidance laws.     

基于自适应反演滑模的末制导律设计

针对三维导弹-目标相对运动模型,结合反演控制、滑模控制和自适应技术,设计了一种新的自适应反演滑模末制导律。针对目标机动加速度上界难以获取的问题,将目标机动加速度视作模型的干扰,设计了一种自适应律对其进行在线估计,并将估计值补偿到制导律中。运用李亚普诺夫稳定性理论证明了系统的全局渐进稳定性和误差的收敛性。仿真结果证明了所设计的自适应反演滑模末制导律对机动目标的鲁棒性和有效性。     

基于终端角度约束的滑模制导律设计

针对打击地面目标的制导问题,提出了一种新的具有终端角度约束的鲁棒滑模制导律。在建立地面目标和导弹的相对运动学关系的基础上,基于零化弹目视线角速率的思想,采用变结构控制理论的方法,通过选择理想的终端角度确定一个光滑的非线性滑动模态,代替传统末制导律设计的滑动模态,利用Lyapunov稳定理论设计得到了具有鲁棒性的滑模末制导律,实现了在有限时间精确打击目标,满足终端角度的要求。数字仿真表明,这种制导律对目标的运动具有很好的鲁棒性和适应性,并能获得良好的制导精度和指定的终端角度要求。     

输入受限的吸气式高超声速飞行器自适应Terminal滑模控制

 针对吸气式高超声速飞行器的纵向运动模型,研究了输入受限时控制系统的设计问题,提出了一种内外环相结合的自适应Terminal滑模控制方法.以迎角和俯仰角速度作为内环控制对象,考虑到气动弹性模态和外部干扰,采用反步设计方法,设计出升降舵的自适应Terminal滑模控制律;以飞行速度作为外环控制对象,采用动态逆设计方法,设计出输入燃料当量比的动态逆自适应控制律,同时利用多层神经网络逼近控制律的饱和特性.基于Lyapunov稳定性理论,证明了采用此控制策略可以保证闭环控制系统的所有信号都是指数收敛至系统原点的一个有界邻域内,同时飞行器的气动弹性模态都是渐近稳定的.仿真结果表明,此控制策略能有效地处理吸气式高超声速飞行器在纵向运动过程中控制输入饱和受限的约束,在完成控制目标的同时,具有良好的过渡过程品质.     

基于滑模控制的剖面跟踪制导律

针对高超声速飞行器滑翔段的高精度制导问题，考虑复杂多约束条件以及干扰和不确定因素的影响，设计了一种基于全局积分滑模控制的剖面跟踪制导方法。首先，将多重约束转化为阻力加速度-速度（D-V）平面内的再入走廊；然后，以终端精度和总吸热量为性能指标，采用分段函数的形式优化设计出一条标准D-V剖面；再基于简化的动力学模型，推导得到关于阻力加速度微分和速度的二阶非线性模型；最后，基于滑模控制理论，设计全局积分滑模面和指数趋近律，获得控制量幅值大小，并结合侧向方位误差走廊确定控制量符号，从而实现对标准剖面的有效跟踪。采用CAV-H滑翔再入模型进行数值仿真，分析验证了提出的基于滑模控制的剖面跟踪制导律具有较好的跟踪性能和精度。     

基于RBF网络的航空发动机 terminal滑模控制

针对现代航空发动机是一个具有不确定性的强非线性系统,结合滑模控制和神经网络控制的优点,提出了一种基于径向基函数(radical basis function,简称RBF)网络的航空发动机terminal滑模控制方法.分析了传统指数趋近律的不足,提出了一种改进的指数趋近律来削弱抖振.该控制器采用terminal滑模面,并且利用径向基函数神经网络在线实时补偿未知干扰和不确定项的影响.仿真结果表明,所设计的控制器取得了令人满意的控制效果,能有效地抑制干扰和参数不确定性的影响,削弱了抖振.      

基于SMDO的滑模控制器设计及其在导弹上的应用

提出了一种基于滑模干扰观测器(SMDO)的滑模控制器(SMC)设计方法.针对一类级联多输入多输出(MI-MO)非线性系统,根据奇异摄动原理将其分为内、外回路分别进行控制器设计.以外回路为例,分析了传统基于饱和函数的滑模控制的鲁棒性,针对其在面I临干扰时鲁棒性较差的问题,在名义滑模控制律的基础上设计了基于超扭曲算法的SM...