高动态电动伺服系统多模复合控制技术

针对未知扰动下电动伺服系统高动态响应与高精度控制难题，在建立电动伺服系统特征模型基础上，提出一种基于时间最优控制与滑模控制结合的多模复合控制算法。该方法通过开展基于电动伺服系统精准动力学模型与环境特性的特征建模分析，详细阐述了时间最优控制算法与滑模控制算法的设计方法及其适用区间，并进行系统仿真验证。仿真结果表明：本文提出的多模复合控制算法能有效提升电动伺服系统动态响应速度与稳态精度，实现了未知扰动下高动态高可靠地稳定运行。     

吸气式空天飞行器闭环上升制导研究

闭环上升制导是吸气式空天飞行器达到快速优化、实时规划以及自主制导的必然要求。采用GHAME吸气式空天飞行器作为研究对象,提出了闭环上升制导最优控制方案,重点论证了该方案不存在关于节流阀值的奇异问题,并阐述了最优推力控制的Bang-Bang控制。引入有限差分法求解两点边值问题,并通过终端时刻调节算法求解终端时刻自由问题。仿真结果表明,所提出的闭环制导算法是有效、可行的,具有显著的优越性。     

基于刚体自由转动的连续推力消旋方法研究

针对空间失效卫星或废弃碎片转速过快,难以对其直接处理的问题,提出了一种基于刚体转动的连续小推力消旋方法。分析了轴对称消旋目标的运动特性,设计了消旋方法。将轴对称消旋目标的消旋方法推广到一般的消旋目标上,通过变换欧拉方程得到消旋目标各角速度分量的变化趋势和最终状态。通过一般消旋目标的仿真实验验证了该方法的可行性。结果表明:按给定顺序和方向施加单轴外力矩,能够有效降低消旋目标的转速。区别于传统的控制方法,最优控制方法需要精确测量消旋目标的实时状态信息,而分步消旋方法只需分辨角速度分量的正负,且控制力矩只需反向变化,推力器无需摆动,因此降低了对控制系统的要求。     

Optimal guidance of extended trajectory shaping

To control missile＇s miss distance as well as terminal impact angle, by involving the timeto-go-nth power in the cost function, an extended optimal guidance law against a constant maneuvering target or a stationary target is proposed using the linear quadratic optimal control theory.An extended trajectory shaping guidance（ETSG） law is then proposed under the assumption that the missile-target relative velocity is constant and the line of sight angle is small. For a lag-free ETSG system, closed-form solutions for the missile＇s acceleration command are derived by the method of Schwartz inequality and linear simulations are performed to verify the closed-form results. Normalized adjoint systems for miss distance and terminal impact angle error are presented independently for stationary targets and constant maneuvering targets, respectively. Detailed discussions about the terminal misses and impact angle errors induced by terminal impact angle constraint, initial heading error, seeker zero position errors and target maneuvering, are performed.     

越肩发射前战斗机攻击轨迹研究

越肩发射(OTS)可以增大导弹的截获区.战斗机攻击尾后目标时,为了达到导弹的最佳发射点,提出了一种基于勒让德伪谱法(LPM)攻击轨迹规划方法,实时规划战斗机的攻击轨迹,及时调整飞机状态.首先通过数据链获取目标的运动参数;分析了采用越肩发射方式的攻击轨迹规划问题,建立了攻击轨迹规划最优控制模型;引入勒让德伪谱法将控制模型离散为非线性模型;最后利用snopt工具箱进行了仿真验证.仿真结果表明,该方法可以为战斗机规划一条既能准确发射导弹又满足机动性要求的攻击轨迹.     

基于视线角速率的最优增量制导技术研究

提出一种基于视线角速率最优的制导方案。方案从最优控制的性能指标函数出发,通过求解一个Riccati方程和相关约束条件,并对系统进行一系列的相关的理想化的假设,得到系统的一般形式的制导指令。同时,为了避免制导指令在正负之间的频繁切换,根据偏置比例制导的原理,在制导指令中引入一个制导指令的增量,来减轻这一问题,并与传统的比例制导进行比较。仿真结果表明,这种制导方法相对于比例制导律而言,精度较高,性能优良,具有一定工程参考意义。     

一种基于最优控制的航路规划方法

阐述了一种与地形紧密结合的基于最优控制理论的航路规划方法。该方法利用二维三次卷积插值法构造地形函数,采用三维的航路规划进行地形跟随,地形回避和威胁回避,并对俯仰角进行ＰＤ（比例微分）控制。该方法计算量小,大大减小了规划时间,提高了规划结果的实时性,最优控制理论结合ＰＤ控制使得航路的三维规划鲁棒性好,有效地抑帛最振荡和发散,为低空突防的飞行器提供了很好的参考飞行航路。     

变转速旋翼直升机单发失效低速回避区分析

利用最优控制方法研究变转速旋翼直升机在遭遇单发失效时,旋翼转速对自转着陆低速回避区的影响。首先,以UH-60A直升机为样机,建立三维刚体飞行动力学模型,并分析低速范围内旋翼转速对直升机需用功率的影响。然后,在模型中加入单发失效后自转着陆阶段发动机输出功率以及旋翼转速变化方程,并利用直接多重打靶法将直升机单发失效后的自转着陆过程转换为非线性最优控制问题进行数值求解。最后,基于最小化回避区面积的思想,得到并分析直升机在不同旋翼转速下单发失效后的自转着陆低速回避区,以及回避区高悬停点、拐点和低悬停点对应的最优着陆轨迹和操纵过程。结果表明：随着旋翼转速的降低,直升机单发失效后的低速回避区首先会逐渐缩小,然后迅速增大。最小回避区对应的旋翼转速略高于最小需用功率对应的旋翼转速。适当降低旋翼转速不仅能有效降低直升机的需用功率,还有利于提高直升机单发失效后的自转着陆性能。     

椭圆轨道欠驱动编队重构最优脉冲控制

针对椭圆轨道径向或迹向欠驱动编队重构问题,提出最优脉冲控制方法。首先,建立椭圆轨道欠驱动编队动力学模型,并基此分析径向或迹向欠驱动情况下的系统能控性与重构可行性。然后,解析推导两类欠驱动情况下实现编队重构所需的最少脉冲次数。基此,将椭圆轨道欠驱动编队重构最优脉冲控制问题表述为非线性规划问题,并采用遗传算法进行求解。最后,引入全驱动最优脉冲控制策略以及欠驱动最优连续控制策略进行对比分析,验证了欠驱动最优脉冲控制策略的有效性与正确性。仿真结果表明,欠驱动脉冲控制器可在缺失径向或迹向脉冲的条件下完成编队重构,并且保持与全驱动脉冲控制器类似的控制性能。     

一种高超声速滑翔再入在线轨迹规划算法

为了提高滑翔再入飞行器响应动态任务的能力并提高其制导系统的鲁棒性，建立了高超声速滑翔再入轨迹规划问题的一种在线求解算法。该算法以一列凸子问题来逼近原问题。通过选择以弧长为自变量并引入对数速度代替速度作为状态，使得动力学方程的非线性大为减弱，同时使动压和热流约束完全成为线性约束。通过使用类似于混合整数规划中割平面的思想处理禁飞区约束，尽可能避免了不必要的计算。通过直接以气动系数和大气密度的乘积作为控制量，构造伪线性控制模型，进一步减弱非线性。非凸约束被适当松弛，以保证子问题的可行性。为了避免过度松弛，利用离线给定的高度和速度上下边界估计对应的参数，以加速收敛。以X-33再入任务为例验证了所提算法的有效性。该算法可以以简单的常值函数为初值并在数次迭代后收敛。