近地卫星严格回归轨道保持控制

研究了近地卫星基于严格回归参考轨道的轨道保持控制方法：将卫星编队理论引入单星绝对轨道保持控制,提出了"虚拟卫星编队"的概念,分析了卫星轨道相对于参考空间轨迹在轨道摄动情况下的偏离状态及变化趋势,然后根据卫星编队相对运动学,推导出了偏离状态与虚拟卫星编队构形参数之间的对应关系,并设计了以轨道参数超调、偏置及阈值触发为特征的管道保持控制策略。数值仿真结果表明,使用该控制策略能够将卫星轨道保持在以空间参考轨迹为中心的轨道管道内,并且有效减少了因周期性轨道摄动波动造成的管道保持控制量和控制频次。研究成果对于有空间轨迹回归要求的卫星轨道保持控制具有指导意义。     

基于预测控制方法的UAV编队飞行

针对传统UAV编队控制律显式考虑约束能力不强的不足,基于预测控制方法和虚拟结构控制策略,设计了一种分布式编队控制律。该控制律能显式地考虑各种约束,每个UAV仅需要滚动求解有限时域优化问题得到自身控制输入,提出了一种简单的代价惩罚的方法实现障碍规避,并将优先级策略引入UAV之间避碰中。仿真结果表明,所设计的编队控制律具有...     

基于反步推演法的多机编队队形重构控制

针对多无人机（UAV）集结期望的队形和达到稳态速度缓慢影响作战效率,基于反步推演法设计了一种协同导引控制律,用于解决多无人机快速队形重构和快速达到稳定状态。本文以一架虚拟长机为中心,3架僚机在3个顶点组成的三角形编队作为被控对象,且长机的速度方向作为编队的前行方向,僚机跟随长机编队飞行。采用长机导引机制,建立每架僚机的误差动力学模型;基于图论建立任意两架无人机之间的通讯模式,通过反步推演法得到多无人机编队队形保持的导引控制律。通过构建合理的Lyapunov函数,证明所提出的控制方法在编队集结和队形保持的有效性,同时将所提出的方法与模型预测控制（MPC）方法和拉普拉斯方法进行对比,更进一步验证所提方法有效性。仿真结果表明：每架无人机不仅能够按照期望的队形飞行,而且以动态响应快和稳态误差小收敛于虚拟长机的运动轨迹。     

基于锥形运动的制导火箭速度控制导引律设计

针对制导火箭落点速度的约束要求,提出了一种采用锥形运动控制导弹飞行速度的导引方法。该方法首先设计了满足速度约束的虚拟目标理想运动轨迹,将导弹减速控制问题转化为对虚拟目标的追踪导引问题,通过建立制导火箭与虚拟目标的相对运动模型,分析了弹目相对位置和相对速度的关系,推导了具有速度控制的导引律一般形式,并采用动态逆控制理论设计了锥形运动控制指令和导引参数。通过数字仿真对比了不同落角约束条件下导弹锥形运动的速度控制效果,结果表明该方法设计的导引律能够满足制导火箭速度约束要求,且制导精度高、控制效果好,为导弹锥形运动速度控制技术提供了参考。     

一种基于蜂拥策略的分布式无人机编队控制方法

在无人机编队控制中,传统的主从式集中编队控制方式需要大量信息交互,对机间通信的要求较高.针对具有虚拟领航者的分布式无人机自组织编队跟踪问题,运用有界蜂拥算法对无人机模型进行求解.首先,提出了一种有界控制输入的蜂拥算法,并对算法的稳定性进行了分析;其次,对无人机进行了建模,提出了虚拟受力点的概念,并对虚拟受力点进行受力分析,将算法中的加速度转化成无人机径向速度与偏航速度的更新,以达到分布式无人机编队自组织以及跟踪虚拟领航者的目的;最后,通过仿真验证了算法和模型的有效性.     

最优导引律研究

与常规导引律不同，直接以追踪器航迹角为优化控制变量，基于最优控制理论，借助追踪末端的几何关系，设计了基于非线性追踪模型的时间最优导引律；之后，针对工程实现，又对它进行了改进研究，以克服理论设计的两点不足：一是数值计算存在误差，会削弱导引性能；二是最优条件过于理想化，目标轨迹无法预先知道，难于工程实现。仿真研究表明：本文提出的2种改进方法，基于分段优化计算和基于分段预测控制的最优导引方法，能够有效地克服理论设计的不足，使得所设计的导引律成为真正意义上的最优导引律。     

多导弹系统协同攻击机动目标分布式制导律

基于增强型比例导引律和分布式网络同步理论,设计了一类攻击机动目标的多导弹系统分布式协同制导律。该制导律由各导弹本地制导律和分布式协同导引策略两部分组成:本地制导律为增强型比例导引律,进一步利用代数图论和非线性系统一致性理论,得到基于邻接个体信息交互的分布式协同制导律,实现多导弹对目标的同时协同攻击;该分布式协同制导律仅需视距内各相邻导弹间互相传输各自的状态信息,算法具有较低的通信代价和较好的可扩展性。最后给出了相关数值仿真算例,仿真结果验证了算法的有效性。     

双轮移动机器人运动目标追踪与避障控制算法

 设计了双回路的双轮移动机器人运动目标追踪与避障控制方案。内层控制回路是运动目标追踪控制律,指导机器人追踪到目标并保持一定的安全距离,控制律考虑了机器人在运动速度上的限制,其渐近稳定性用Lyapunov函数法进行了证明。当遇到障碍物时,外层控制回路根据超声传感器的信息和阻抗控制的概念产生阻抗虚拟力,将期望目标调整到虚拟位置,使机器人能够自动转向以避开障碍物。仿真研究和实验结果证明了追踪算法的有效性和避障方法的可行性。     

基于滑模的多无人机系统协同编队控制

针对具有非完整约束的多无人机系统编队控制问题，提出了一种基于滑模的协同编队控制算法。控制目标是使多无人机系统能够收敛到期望编队，并且能够跟踪上期望的运动轨迹。在领导-跟随结构中，编队的期望运动轨迹由一个动态的虚拟领导者来表示，仅部分跟随者先验已知虚拟领导者信息，并且所有跟随者之间只能局部交互信息。首先，采用分布式状态观测器，使所有跟随者能够在有限时间内估计出虚拟领导者的状态。然后，利用该观测器的估计状态，提出了基于滑模的协同编队控制算法。最后，基于李雅普诺夫稳定性理论证明了多无人机系统的稳定性,并且通过5架无人机的仿真验证了所提算法的有效性。     

无人机-无人车异构时变编队控制与扰动抑制

研究了无人机-无人车异构系统时变输出编队控制与扰动抑制问题，要求多无人机与无人车在受到未知外部扰动的情况下，保持设计的输出时变编队构型。首先，对无人机与无人车进行单体运动学与动力学建模，同时建立扰动模型，并引入代数图论概念，建立异构集群系统的协同控制模型。然后，对各无人机-无人车设计了具有分层架构的分布式时变输出编队控制器，包含基于一致性理论的编队中心估计项和基于内模原理的扰动抑制补偿项。进一步分析异构系统实现输出时变编队的可行性条件，给出了分布式编队控制器的参数选取算法，并证明了时变编队控制器构成的闭环系统的稳定性。最后，通过仿真算例来验证所设计的编队控制器的有效性。     

基于有向图的航天器编队飞行自适应姿态协同控制

在有向通信拓扑下研究了编队航天器自适应姿态协同控制问题。针对航天器编队飞行系统中存在外部扰动和模型不确定性的情况,通过选取包含相对姿态误差和绝对姿态误差的辅助变量,提出了一种鲁棒自适应控制策略。提出了自适应律估计转动惯量矩阵和扰动上界等未知参数,并且利用Lyapunov稳定性理论分析了闭环系统的渐近稳定性。与滑模控制等传统鲁棒控制不同,所设计的鲁棒自适应控制器是连续的,更便于航天器编队飞行系统的实现。最后通过仿真验证了该控制策略能够实现高精度的编队飞行跟踪控制。     

Attitude coordination for spacecraft formation with multiple communication delays

Communication delays are inherently present in information exchange between spacecraft and have an effect on the control performance of spacecraft formation. In this work, attitude coordination control of spacecraft formation is addressed, which is in the presence of multiple communication delays between spacecraft. Virtual system-based approach is utilized in case that a constant reference attitude is available to only a part of the spacecraft. The feedback from the virtual systems to the spacecraft formation is introduced to maintain the formation. Using backstepping control method, input torque of each spacecraft is designed such that the attitude of each spacecraft converges asymptotically to the states of its corresponding virtual system. Furthermore, the backstepping technique and the Lyapunov–Krasovskii method contribute to the control law design when the reference attitude is time-varying and can be obtained by each spacecraft. Finally, effectiveness of the proposed methodology is illustrated by the numerical simulations of a spacecraft formation.     

Coordinated attitude control for flexible spacecraft formation with actuator configuration misalignment

This paper investigates the coordinated attitude control problem for flexible spacecraft formation with the consideration of actuator configuration misalignment. First, an integral-type sliding mode adaptive control law is designed to compensate the effects of flexible mode, environmental disturbance and actuator installation deviation. The basic idea of the Integral-type Sliding Mode Control (ISMC) is to design a proper sliding manifold so that the sliding mode starts from the initial time instant, and thus the robustness of the system can be guaranteed from the beginning of the process and the reaching phase is eliminated. Then, considering the nominal system of spacecraft formation based on directed topology, an attitude cooperative control strategy is developed for the nominal system with or without communication delay. The proposed control law can guarantee that for each spacecraft in the spacecraft formation, the desired attitude objective can be achieved and the attitude synchronization can be maintained with other spacecraft in the formation. Finally, simulation results are given to show the effectiveness of the proposed control algorithm.     

基于零空间方法的四旋翼无人机避障与协同编队控制

针对四旋翼无人机在编队飞行执行任务时可能遭遇障碍物问题,考虑多无人机避障及机间避撞的需求,提出 1种基于零空间方法的四旋翼无人机避障与协同编队控制算法。首先,建立四旋翼无人机动力学模型,并建立虚拟控制量简化控制模型;其次,基于零空间方法进行避障与协同编队控制算法研究,将无人机任务执行分解为目标趋向任务、避障避撞任务和协同编队任务,并根据优先级进行任务融合得到期望速度;再次,基于 PID方法设计控制律;最后,通过仿真验证所提控制算法的有效性。所提方法可保证四旋翼无人机在编队飞行中遭遇障碍物时的飞行安全。     

Three-dimensional cooperative guidance strategy and guidance law for intercepting highly maneuvering target

Cooperative interception of the target with strong maneuverability by multiple missiles with weak maneuverability in the three-dimensional nonlinear model is studied. Firstly, the three-dimensional nonlinear model of cooperative guidance is established. The three-dimensional reachable region is represented composed of lateral acceleration and longitudinal acceleration in the two-dimensional coordinate system. Secondly, the problem of the multiple missile's reachable coverage area is transformed into the problem of cooperative coverage. A cooperative coverage strategy is proposed and an algorithm for quickly calculating the number of required missiles is designed. Then, the guidance law based on the cooperative coverage strategy is proposed, and it is proved that cooperative interception of the target can be achieved under the acceleration limit. Moreover, the relations among the number of missiles, the initial array position of terminal guidance and the coverage area of the target’s large maneuver are analyzed. The dynamic adjustment strategy of guidance parameters is proposed to reduce the guidance error. Finally, simulation results show that multiple missiles with low maneuverability can achieve effective interception of target with strong maneuverability through the proposed cooperative strategy and cooperative guidance method.     

Cooperative formation control of multiple aerial vehicles based on guidance route in a complex task environment

In recent years, formation control of multi-agent has been a significant research subject in the field of cooperative control. However, previous works have mainly concentrated on formation control for simple point-mass model and linear model. In contrast, this paper presents a novel cooperative algorithm for multiple air vehicles formation control, which aims to devise a control strategy based on guidance route to achieve precisely coordinated formation control for a group of fixed-wing aircraft in a complex task environment. The proposed method introduces the leader-follower structure for effective organization of the multi-agent coordination. Moreover, the Partial Integrated Formation and Control (PIFC) is adopted to design the control law for Guidance-Route based Formation Control (GRFC). Additionally, the proposed approach designs two guidance-route generation strategies for two special situations to demonstrate the effectiveness of GRFC in complex task environments. Theoretical analysis reveals that the proposed control protocol for guidance command can ensure the overall stability and tracking accuracy of the system. Numerical simulations are performed to illustrate the theoretical results, and verify that the proposed approach can achieve coordinated formation control precisely in a complex task environment.     

一种基于轨道根数约束的最优制导方法

针对航天器空间变轨的制导问题,研究了一种基于轨道根数约束的最优制导方法。在地心惯性坐标系下直接建立航天器的最优控制模型,给出了位置速度表达式和协态变量初值之间的关系;进一步,在不约束真近点角的前提下,推导了5个轨道根数的约束方程,并通过对轨道根数和最优控制理论中协态方程的特性分析,获得了另外两个约束方程。协态变量初值可直接通过求解7个完整约束方程组获得,进而得到最优推力方向。仿真验证了所提制导方法的有效性。     

拦截高超声速目标的异类导弹协同制导律

对于多导弹协同拦截高超声速目标的问题,设计了一种具有领弹-从弹拓扑结构的异类导弹协同制导律:配备有高性能导引头的领弹采用改进比例导引法拦截目标;未配备导引头的从弹利用通信手段,采用二阶一致性跟踪算法,对领弹进行跟踪。两类导弹同时命中目标,形成"多对一"的拦截态势。异构型的制导策略可以降低对导引设备的需求,具备较理想的作战效费比。领弹与从弹的弹道均源于改进比例导引法,具有较理想的弹道特性。给出了协同制导律在固定拓扑与切换拓扑下成立的充分条件。算例仿真验证了所提出的制导律能够实现对高超声速目标的协同拦截,具有良好的可行性。