倾斜转弯导弹耦合通道控制研究

倾斜转弯（BTT）导弹的俯仰与偏航通道之间存在着强烈耦合，使得根据经典控制理论的自动驾驶仪三通道独立设计方法遇到一定困难。基于局部模型跟踪理论，研究了倾斜转弯导弹的耦合控制问题，提出了一种新的自动驾驶仪设计方法，该方法能有效地提高导弹控制精度和快速响应能力。     

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     

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。
     

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。     

基于反馈线性化的高速无人机自适应控制系统设计

高速无人机是典型的复杂非线性、参数不确定性系统,且各控制通道之间存在强耦合作用,这对飞行控制系统设计提出了严峻挑战。针对其非线性特性和耦合特性,采用精确反馈线性化理论将无人机动力学模型解耦为3个独立的子系统,即滚转、俯仰和偏航通道;应用模型参考自适应控制方法分别设计每个通道的姿态控制器。研究表明,上述线性化方法能够实现三通道解耦,所设计控制系统满足飞行控制性能要求,且对气动参数摄动和外部干扰具有较强的鲁棒性。     

直/气复合控制导弹的自抗扰控制系统设计研究

提出了一种直/气复合控制导弹的姿态控制系统设计方法。建立有轨控式直接力装置和空气舵导弹的短周期运动模型,基于自抗扰控制技术分别设计俯仰、偏航和滚转通道的姿态控制器,给出了俯仰、偏航和滚转通道的控制结构。俯仰(偏航)通道中用俯仰(偏航)角速度环实现对俯仰(偏航)角速度指令的快速跟踪;用攻角(侧滑角)环实现对攻角(侧滑角)指令的快速跟踪;用法向(侧向)过载环实现对过载指令的快速跟踪。滚转通道中采用了有角速度环和角度环的双闭环结构,内外环均采用自抗扰控制器。设计了直接力开启逻辑。用Lyapunov法证明了设计的闭环系统的稳定性。对用该方法设计的某直/气复合控制导弹模型进行数值仿真,结果表明可保证设计的导弹姿态稳定且具良好的过载响应特性。     

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。     

基于变结构控制理论的BTT导弹自动驾驶仪的三通道独立设计

对于倾斜转变导弹而言，现有的自动驾驶仪三通道独立设计方法都是在忽略通道间耦合关系前提下根据经曲控制理论的单变量频域方法设计的。本文基于变结构自适应控制理论。提出一种新的ＢＴＴ导弹自动驾驶仪三通道独立设计方法，该方法不仅在其设计过程中保留了通道间的全部耦合因素，而且控制律完全基于被控对象参数变化的上下界，无需对系统进行在线参数辨识，从而提高了设计的准确性，增强了系统的适应性和鲁棒性。运用所提出的方法     

基于自抗扰控制的BTT导弹自动驾驶仪设计

针对具有非线性、时变、强耦合和不确定性的Have Dash II BTT导弹控制系统,基于自抗扰控制理论,设计了一种新的BTT导弹鲁棒控制器。利用输入输出反馈线性化,将导弹控制系统分解成了3个单输入单输出的二阶子系统,输出变量的选取保证了系统是最小相位系统。采用自抗扰设计方法,估计并补偿系统中的不确定因素和三通道之间的耦合,以实现控制目的。仿真结果表明该BTT导弹驾驶仪具有良好的动态特性和强鲁棒性。     

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。     

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.     

BTT导弹自动驾驶仪多变量频域设计方法

本文用多变量频域理论中的逆奈奎斯特阵列法设计某型ＢＴＴ导弹自动驾驶仪，首先建立ＢＴＴ导弹控制系统模型，并在某特征点设计驾驶仪的预补偿器、主控制器和反馈增益阵，而后在最严峻的激励作用下，对设计的驾驶仪进行非线性仿真，结果表明：导弹跟踪性能良好；补偿后俯仰一偏航通道间的耦合作用明显降低。设计方法物理概念清晰，易于工程实现。     

防空导弹大攻角飞行姿态控制系统设计

针对防空导弹大攻角飞行这样一个非线形、时变、耦合系统,提出了一种基于模型参考时变全程滑态变结构控制方法,分别针对滚动通道、俯仰/偏航耦合通道进行了设计分析,最后进行了六自由度仿真,得到了满意的结果。     

旋转导弹动力学耦合分析与解耦控制方法研究

对旋转导弹动力学耦合分析及其解耦控制方法进行了研究。给出了旋转导弹产生的运动耦合、控制耦合,以及加速度计不在质心耦合的机理。讨论了前馈补偿解耦和三回路驾驶仪解耦的方法。介绍了基于变结构控制理论的自动驾驶仪解耦设计:保留动力学方程中的全部耦合项,将耦合视作扰动,用变结构自适应控制方法对导弹俯仰/偏航通道进行独立设计,不要求给出系统参数的在线辨识和典型弹道特征点精确参数,由系统参数上下界可获得时变参数的信息综合控制律。给出了变结构控制律的设计步骤,所得控制系统的鲁棒性强、稳定域大,在包含建模误差、外界扰动等不确定因素的极限边界条件下仍能获得理想的控制效果。研究对强对称耦合和参数快时变系统的控制有一定的参考意义。     

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。     

变质心BTT拦截导弹姿态控制系统设计

针对装有变质心执行机构的BTT拦截导弹,建立了姿态和质心动力学模型,基于合理假设简化后,得到了一组耦合的非线性控制方程.根据变质心控制模式下状态耦合和控制耦合严重的特点,采用输出反馈线性化对其进行解耦,并对解耦后的俯仰和偏航通道分别设计了变结构控制器.另外,针对变质心BTT导弹的特点,提出2种控制方案.通过联合仿真表明:将变质心技术应用于BTT拦截导弹动态特性较好;第一种控制方案更适合这种控制模式;采用反馈线性化和变结构的控制系统,在气动参数摄动和拥有测量误差时能满足控制精度要求,具有一定的鲁棒性.     

器耦合通道控制系统的独立设计方法研究

一些诸如倾斜转弯导弹、三轴稳定卫星等航空航天飞行器存在着较强的通道间耦合作用，使得传统三通道独立设计方法遇到了困难。本文基于变结构控制理论研究了一种新的三通道独立设计思想和方法，并着重从稳定性的角度设计了飞行器耦合通道的控制系统。     

BTT导弹的神经网络自适应非线性自动驾驶仪设计

针对BTT导弹的飞行控制问题,提出一种基于近似动态逆及神经网络理论的非线性自动驾驶仪设计方法.给出了神经网络自适应动态逆控制规律,建立了BTT导弹的数学模型,设计了导弹的神经网络自适应动态逆控制系统结构,并进行了控制效果的数值仿真分析.仿真结果说明了神经网络自适应非线性自动驾驶仪在导弹飞行控制中具有较高的控制精度和很好的鲁棒稳定性.     

应用最优经典综合设计法设计三回路BTT自动驾驶仪

应用最优经典综合控制方法设计了BTT导弹的三回路自动驾驶仪,得到的控制器结构简单、性能稳定、鲁棒性好;同时该设计过程也给出了传统三回路自动驾驶仪的结构来源。之后,将设计的自动驾驶仪应用在某BTT导弹的六自由度非线性仿真中,仿真结果表明该方法设计的自动驾驶仪跟踪速度快、稳态误差小并具有一定鲁棒性。     

BTT导弹再入段非线性鲁棒控制

针对BTT导弹再入段的非线性模型以及三通道间的较强耦合,研究了模型不确定情况下的解耦和跟踪控制问题。首先分析了BTT导弹在再入段的非线性模型,然后根据微分几何方法检验该模型是否可进行输入输出解耦,并推导出BTT导弹在再入段的非线性解耦控制律,其后分析了在某种匹配不确定情况下导弹动态系统的具体形式,并将李亚普诺夫方法运用到控制器的设计中,得出鲁棒输出控制跟踪控制律。采用该控制方式对某型BTT导弹的六自由度仿真实验结果表明:该鲁棒控制方法在系统存在不确定性的情况下,可保证系统的稳定性,并实现三通道间的近似解耦,使攻角α,侧滑角β和滚动角γ良好地跟踪期望指令。