基于LQR的弹道跟踪制导律设计

针对防空导弹弹道跟踪问题,基于线性二次型调节器（ LQR）理论设计了2种弹道跟踪制导律。首先,以时间为自变量,对导弹质点运动模型线性化,得到第一种线性化模型;接着,为提高模型精度和允许扰动范围,以导弹X坐标为自变量对导弹质点运动模型线性化,得到第二种线性化模型;然后,针对2种线性化模型,利用LQR理论分别设计跟踪制导律,并给出制导指令计算公式和制导流程;最后,在一定外界干扰作用下,将所设计2种跟踪制导律应用于导弹质点运动仿真,并从抑制随机风干扰、消除初始偏差等方面对2种制导律进行比较。结果表明,2种制导律都能实现弹道精确跟踪,且基于第2种线性化模型设计的跟踪制导律各项性能均优于第1种跟踪制导律,说明基于导弹X坐标线性化的模型精确度较高,适用于弹道跟踪制导律的设计。     

永磁同步电机最优滑模控制

为了减少永磁同步电机调速中的动态误差,提出了一种积分性能最优的滑模控制方法。该方法以滑模控制中的动态误差为性能指标,在此基础上建立最优切换函数,并采用最优控制理论对滑模控制器进行设计。用该方法设计的滑模控制系统,通过滑模面斜率的连续变化,能够加速系统状态变量到达滑模面的过程,极大地提高对参数摄动和外部干扰的鲁棒性。仿真结果表明,该时变滑模面控制方法使系统具有无超调、快速、稳定等优点,提高了系统的鲁棒性。     

基于离散误差扩张系统的舰载机着舰最优控制

舰载机着舰对控制系统的响应能力、鲁棒性能等要求很高。已有文献未考虑着舰控制的离散采样等问题,而实际上离散采样对系统的控制性能影响较大。本文对离散线性系统进行了误差状态量的扩张,建立误差系统,并用于离散采样下的着舰最优控制器设计。仿真结果显示,系统在初始高度偏差纠正、舰尾流抑制、抗模型摄动等方面的控制效果很好,并且其稳态精度、动态特性和鲁棒性能都远强于PID控制。着舰反区效应和升降舵直接力效应,会各自让舰载机动力学有2个非最小相位零点,最优控制方法能消除这2个零点,而PID控制只能消除前一个零点。     

以特殊角度攻击地面固定目标的圆周导引律

针对某些导弹以特殊角度攻击地面固定目标的任务要求,提出了一种仅利用视线角测量信息就能实现末速方向控制的圆周导引律。该导引律的基本思想在于控制导弹沿着一系列由导弹和目标的实时位置及要求的命中点角度所确定的圆弧飞行。利用简单的几何原理即可快速解算出各时刻所需要的速度倾角,并将其转换成制导指令。仿真结果表明,与典型的最优导引律相比,圆周导引律更适合于过顶迂回攻击的情况,且受制导周期的影响较小,但受制导指令时延的影响较大。     

涡轮叶片CT图像边缘提取的最优算子研究

为了解决叶片计算机断层(computed tomograghy,简称CT)图像边缘提取精度低效率差的问题,以解析法提取边缘的理论为基础,推导了适用于CT图像边缘提取的最优算子,并通过定量计算与模拟标准图像对最优算子的性能进行了分析,结果表明最优算子在抗噪、定位精度以及单像素响应等方面都比传统的边缘提取算子更为优越.实际应用最优算子提取的叶片边缘更光顺,噪声点以及伪边缘更少,进一步证明了最优算子在CT图像边缘提取方面有着明显的优势.      

不同冲角下端壁翼刀最佳位置变化规律的数值研究

在0°,6°,12°和-6°冲角下,对CDA常规直叶栅和具有端壁翼刀的压气机叶栅内三维粘性流场进行了数值研究,分析了冲角变化对端壁翼刀最佳位置的影响。结果表明,正冲角下,翼刀最佳位置向吸力面方向有所偏移,并且在大正冲角下,这种现象更加明显。距压力面40%节距处为最佳翼刀位置;负冲角下,最佳位置虽有向压力面移动的趋势,但不明晰。      

稀疏拟谱最优控制法求解Goddard火箭问题

提出了一种新的基于直接转化法的求解基于常微分方程(ODE)和微分代数方程(DAE)的最优控制问题的数值方法.该方法通过Legendre-Gauss拟谱法同时离散化状态变量和控制变量,把最优控制问题转化为一个非线性规划问题,并利用改进的多相处理方法避免优化无控段,同时基于稀疏矩阵探索其一阶导数信息.数值结果表明,与传统的直接转换法相比,该方法是一种通用高效的精度较高的ODE/DAE最优控制直接数值求解法.最后,从工程观点出发,应用该方法成功求解了终端自由有路径约束的奇异最优控制问题Goddard火箭问题.     

过虚拟交班点的能量最优制导律

针对固定目标的导弹过虚拟交班点制导问题,在希尔伯特空间下,基于最优化理论设计了有无终端落角约束两种情况下的全局能量最优制导律。通过对模型进行线性化,将提出的最优制导模型转化为线性二次型最优控制问题,在此基础上利用零控脱靶量（ZEM）概念对系统模型进行降阶,并推导出解析解。设计的制导律可以使导弹准确经过虚拟交班点,并实现期望终端落角。仿真结果表明,与经典制导律对比,该制导律可以显著减少全局控制能量消耗。     

高超声速飞行器后体/尾喷管优化设计

结合试验设计方法、替代模型技术和遗传算法构建一套改进的优化方法,并将其应用于高超声速飞行器后体/尾喷管的一体化设计.在构建优化方法时,针对替代模型采用渐近全局策略提高精度;针对遗传算法,采用实数编码、多目标定级排序和改进小生境技术.在后体/尾喷管的一体化设计应用中,结合高精度的计算流体力学(CFD,Computational Fluid Dynamics)求解,以两个设计点的推力和升力为目标,以力矩为约束,得到优化问题的Pareto最优前沿面,优化结果在综合性能方面有很大提升.该优化方法可进一步推广应用于更复杂的优化设计当中.      

运动基航天飞行模拟器信号缩比策略

对于大幅值的输入信号,三阶多项式缩比法易产生信号畸变且参数配置复杂;而Hermite缩比函数法的触发速度较慢.提出两种改进的缩比方法:基于三阶多项式缩比法的最优参数配置法和加入线性缩比的非线性缩比法.前一种方法通过参数的优化配置最大化稳定区,以防止信号的畸变;后一种方法则利用线性缩比的特性将缩比度限制在稳定区内.仿真结果表明:线性缩比的加入可以防止三阶多项式缩比法信号的畸变;最优配置参数法应用方便且整体效果较好.为航天飞行模拟提供了更有效的缩比策略.