基于SDRE法的非线性鲁棒滑模末制导律设计

从智能控制理论出发,针对拦截机动目标的燃料最优问题,提出将状态相关黎卡提方程法(SDRE)和滑模控制相结合的末制导律设计方法,即利用前者将非线性模型转化为基于状态系数的线性结构后设计次优制导律,利用后者实现对机动目标引起的不确定干扰项的补偿。仿真结果表明,与自适应滑模末制导律相比,该方法具有制导精度更高、更加节省燃料的优势。     

自适应严格收敛非奇异终端滑模制导律

针对机动目标的末制导拦截问题，设计了一种带终端角度约束的有限时间收敛终端滑模制导律。首先，分析了现有非奇异终端滑模制导律存在的滑模面不能严格有限时间收敛的问题，进而构造了一种新型的非奇异终端滑模面。其次，设计了一种对目标机动上界的自适应估计，提出了一种自适应严格收敛非奇异终端滑模制导律的设计方法。最后，基于Lyapunov稳定性理论，证明了设计的制导律能够使得制导系统在有限时间内收敛到零，并且保证了滑模面在收敛过程中不存在非收敛因子，是严格有限时间收敛的。仿真实验验证了该制导律能够有效地拦截机动目标，同时和与现有的非奇异终端滑模制导律以及基于转换滑模面的非奇异制导律相比，拦截时间更短，终端攻击角度精度更高，导弹机动消耗的能量更少。     

攻击角度约束下打击机动目标的制导律

针对某些导弹要求限制末端攻击角度的作战要求,基于滑模变结构控制理论,面向机动目标,设计了一种同时满足脱靶量和攻击角度约束要求的制导律.采用自适应滑模趋近律,并将目标机动视为干扰,利用线性变结构制导律推导出目标加速度的估计方程,并通过仿真证实了其有效性.所设计的制导律形式简单、实用.仿真结果表明,该制导律能够以期望的攻击角度命中目标,并对所提出制导律的性能进行了分析,具有一定的工程应用价值.     

考虑驾驶仪动态性能的指令滤波反演制导律

针对攻击机动目标的制导问题,设计了一种考虑自动驾驶仪性能、输入项约束的指令滤波反演制导律。首先,基于三维空间内弹目相对运动模型,采用反演递推方式设计制导律。针对传统反演控制存在的"微分膨胀"问题,引入指令滤波器对虚拟量进行过滤计算。考虑硬件计算能力的约束,引入自动驾驶仪二阶动力学模型减少控制过程延迟,并利用饱和函数和低通滤波器对输入项进行约束。此外,针对机动目标设计了一种扩张状态观测器来获取其加速度。通过Lyapunov理论证明了所设计闭环制导系统的稳定性。通过仿真实验验证了该制导律相有效性及优越性。     

基于模糊RBF网络的自适应变结构制导律设计

针对空中高速、大机动目标的拦截问题,传统的滑模变结构制导律虽然对外界干扰和参数摄动具有较好的鲁棒性,但是存在视线角速率抖振及参数不易确定等缺点.对此,在变结构控制理论的基础上,提出了三维自适应变结构制导律,将目标加速度视为外界干扰,设计了一种快速趋近律,并利用模糊RBF网络的高效自学习能力对变结构项的增益进行了在线自适应调节.仿真结果表明,该制导律能够有效削弱系统抖振,提高制导精度,并对拦截大机动目标具有很强的自适应性.     

考虑驾驶仪动态特性的固定时间收敛制导律

针对打击机动目标的制导问题,设计了一种同时考虑攻击角度约束、自动驾驶仪动态特性和固定时间收敛的新型制导律。首先,基于非奇异终端滑模控制和固定时间稳定性理论,采用反步递推方法设计制导律。在制导律设计过程中,设计了一种固定时间收敛的非奇异终端滑模面,基于固定时间控制和滑模控制,设计虚拟控制律,构造一种非线性一阶滤波器解决传统反步设计中的"微分膨胀"问题。基于超螺旋算法和固定时间稳定性理论,设计了一种固定时间收敛的滑模干扰观测器,用于估计目标机动等干扰。然后,基于Lyapunov稳定性理论,对制导律的固定时间稳定性进行了证明,并给出了收敛时间的表达式。最后,通过仿真分析,验证了所提制导律的有效性,和现有制导律相比,所提制导律具有较高的制导精度和角度约束精度、较快的系统收敛速度以及较少的能量消耗。     

拦截机动目标的自适应Super-Twisting协同制导律

针对多枚导弹协同拦截机动目标的问题,提出了一种自适应Super-Twisting协同制导律。首先,基于领从式策略建立了多弹在纵平面内的协同制导模型,并结合Super-Twisting控制算法和代数图论设计了鲁棒协同制导律。其次,利用RBF神经网络对目标机动能力进行自适应估计,同时设计在线调节增益函数抑制控制系统抖振。最终,基于李雅普诺夫直接法证明了整个制导控制系统的稳定性,并对4枚导弹协同拦截机动目标的情况进行数值仿真,仿真结果表明了所提协同制导律的有效性和优越性。     

基于双幂次趋近律的变结构末制导律设计

针对拦截机动目标问题,提出了一种新的具有强鲁棒性的非线性变结构末制导律。基于弹目相对运动学的非线性关系,将目标机动作为系统扰动,建立了弹目相对运动的数学模型。并基于零化弹目视线角速率的思想,利用一种新的双幂次趋近律设计方法,得到了非线性变结构末制导律。该方法利用Lyapunov稳定理论,严格证明了制导系统的全局渐近稳定性。数字仿真结果表明,所设计的制导律与比例导引律相比,对高速大机动目标具有很强的鲁棒性和适应性,并能获得良好的制导精度。     

基于零化相对速度偏角的变结构末制导律设计

针对拦截问题,选取导弹和目标的相对速度矢量与导弹—目标视线之间的夹角（即相对速度偏角）作为滑模面,无须对导弹—目标相对运动学方程进行归一化,且不对弹目速度比进行限制,将有关目标运动的加速度和方位信息视为干扰量,应用变结构理论设计了一种变结构末制导律,并应用Lyapunov理论进行了稳定性分析。仿真结果表明,所设计的导引律对目标机动具有很强的鲁棒性。     

高超声速战术导弹精确制导律设计

高超声速战术导弹以其固有的特点在高速目标拦截上应用前景巨大.如何针对高超声速战术导弹高速度、高不确定性的特点设计精确的制导律是导弹能否摧毁目标的关键.针对高超声速战术导弹和高速机动目标建立了相对运动模型,利用自适应滑模控制理论,设计了导弹的自适应精确制导律,并进行了仿真分析.结果表明,该制导律具有较好的控制效果.     

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.     

Backstepping design of missile guidance and control based on adaptive fuzzy sliding mode control

This paper presents an integrated missile guidance and control law based on adaptive fuzzy sliding mode control. The integrated model is formulated as a block-strict-feedback nonlinear system, in which modeling errors, unmodeled nonlinearities, target maneuvers, etc. are viewed as unknown uncertainties. The adaptive nonlinear control law is designed based on backstepping and sliding mode control techniques. An adaptive fuzzy system is adopted to approximate the coupling nonlinear functions of the system, and for the uncertainties, we utilize an online-adaptive control law to estimate the unknown parameters. The stability analysis of the closed-loop system is also conducted. Simulation results show that, with the application of the adaptive fuzzy sliding mode control, small miss distances and smooth missile trajectories are achieved, and the system is robust against system uncertainties and external disturbances.     

不确定航空发动机分布式控制系统自适应滑模控制

针对存在参数摄动、外部干扰的航空发动机不确定性分布式控制系统,在系统具有时变输入时延和干扰上界未知的情况下,设计了具有鲁棒性能的自适应滑模控制器。基于预测控制和矩阵奇异值理论,对初始的发动机离散分布式模型进行等效线性变换,得到不显含时延项的规范形系统模型,便于进行滑模面参数的求解;在给定的H∞指标下,推导了滑模运动在非匹配不确定性作用下渐进稳定的充分条件,给出了线性矩阵不等式(LMI)形式的滑模面参数设计方法;最后,设计对干扰具有估计功能的自适应率,在此基础上提出自适应滑模控制器。仿真结果表明:所设计的控制器能够有效降低外部干扰对系统动态性能的影响,在所考虑的不确定性因素作用下,系统的滑模运动具有理想的H∞性能。当外部干扰强度变化时,控制器的鲁棒性较好,状态收敛时间小于0.8s,且不存在抖振。      

基于扩张状态观测器的舰载机俯仰自适应滑模控制

传统自适应滑模需要系统扰动上界的先验信息和易引发作动器抖振是其不便用于工程实际的主要原因。文章基于扩张状态观测器对传统自适应滑模进行了改进,利用扩张状态观测器(ESO)实时观测外扰并在自适应滑模控制中进行补偿。将改进后的自适应滑模应用于舰载机俯仰姿态控制中,进行仿真计算。计算结果表明,在系统扰动上界未知的情况下,ESO提高了自适应滑模的鲁棒性,消除了抖振。     

基于自适应反演的导弹滑模控制

阐述了在导弹系统存在不确定性情况下,基于自适应反演控制技术和模糊神经网络理论,提出了一种导弹滑模控制系统设计方法。设计过程中将不确定性对系统的影响合成为一项,然后应用模糊神经逼近器来逼近系统的不确定项;考虑了已知信息,利用自适应模糊神经控制理论和滑模控制设计了控制器,应用Lypunov稳定性理论保证了闭环系统的稳定性,并推导出模糊神经逼近器各参数的自适应调节律。     

Decentralized adaptive sliding mode control of a space robot actuated by control moment gyroscopes

An adaptive sliding mode control(ASMC) law is proposed in decentralized scheme for trajectory tracking control of a new concept space robot.Each joint of the system is a free ball joint capable of rotating with three degrees of freedom(DOF).A cluster of control moment gyroscopes(CMGs) is mounted on each link and the base to actuate the system.The modified Rodrigues parameters(MRPs) are employed to describe the angular displacements,and the equations of motion are derived using Kane's equations.The controller for each link or the base is designed separately in decentralized scheme.The unknown disturbances,inertia parameter uncertainties and nonlinear uncertainties are classified as a ‘‘lumped" matched uncertainty with unknown upper bound,and a continuous sliding mode control(SMC) law is proposed,in which the control gain is tuned by the improved adaptation laws for the upper bound on norm of the uncertainty.A general amplification function is designed and incorporated in the adaptation laws to reduce the control error without conspicuously increasing the magnitude of the control input.Uniformly ultimate boundedness of the closed loop system is proved by Lyapunov's method.Simulation results based on a three-link system verify the effectiveness of the proposed controller.     

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.     

基于故障观测器的无人机直接自修复控制

提出一种基于故障观测器的无人机直接自修复控制。首先,根据系统本身存在的故障,设计了一个非线性故障观测器对其进行观测。其次,设计了一个快速终端滑模面和直接自修复控制器,将指数函数和符号函数引入到新型滑模面里。同时引入了自适应技术,对不确定的故障估计其上界。最后,通过对无人机进行了相应的仿真数值验证得出所提方法的有效性。