基于威胁规避的战斗机网络瞄准攻击引导轨迹优化

针对网络瞄准攻击对战斗机精确引导的需求,研究威胁规避下的战斗机攻击引导轨迹优化问题。以战斗机过载为控制量建立引导状态模型;以目标威胁建立引导路径约束模型;以导弹发射瞄准条件为终端约束;以引导的快速性和控制经济性为性能指标,将轨迹优化建模为具有非线性边界约束、状态约束和路径约束的最优控制问题,并采用高斯伪谱法将其转化为非线性规划问题进行求解,为了保证算法的实时性,采用滚动时域策略进行在线滚动优化。仿真结果表明:所提出的方法能在有效规避目标威胁下达成导弹攻击的瞄准条件,基于RHC策略的优化单次计算时间小于1s,算法实时性能满足战斗机的引导需求。     

基于威胁规避的战斗机网络瞄准攻击引导轨迹优化

针对网络瞄准攻击对战斗机精确引导的需求,研究威胁规避下的战斗机攻击引导轨迹优化问题。以战斗机过载为控制量建立引导状态模型;以目标威胁建立引导路径约束模型;以导弹发射瞄准条件为终端约束;以引导的快速性和控制经济性为性能指标,将轨迹优化建模为具有非线性边界约束、状态约束和路径约束的最优控制问题,并采用高斯伪谱法将其转化为非线性规划问题进行求解,为了保证算法的实时性,采用滚动时域策略进行在线滚动优化。仿真结果表明:所提出的方法能在有效规避目标威胁下达成导弹攻击的瞄准条件，基于RHC策略的优化单次计算时间小于1 s,算法实时性能满足战斗机的引导需求。     

临近空间飞行器再入轨迹优化设计

针对临近空间飞行器再入轨迹的优化设计问题,给出了临近空间飞行器再入轨迹运动学模型和再入轨迹优化模型。选取飞行器末端飞行速度实际值与理想值之差的平方最小为性能指标,控制变量为迎角和滚转角。过程约束为过载、动压、热流,终端约束为高度、轨道偏角、轨道倾角。应用罚函数法和约束算子法将有约束最优控制问题转化为无约束最优控制问题。应用庞特里亚金极小值原理及最优控制理论对性能指标进行处理,得到最优控制问题的正则方程、控制方程及横截条件。在C++环境下应用共轭梯度法对无约束优化问题进行数值解算。仿真结果表明应用共轭梯度法能够得到满足各种约束的再入轨迹。因此,共轭梯度法对于临近空间飞行器再入轨迹优化问题的求解是可行的。     

基于滚转角控制的路径规划设计

该文主要围绕再入飞行器路径规划展开，首先引入动力学方程和路径规划约束条件将系统推导成为最优滚转角控制优化设计，并对滚转角约束进行讨论，在满足过程约束和控制约束下获得准确的路径规划，并仿真实现。     

基于同伦方法的跳跃式再入轨迹优化

采用间接法,以总气动热载荷最小为优化目标,对Apollo型飞行器的月球返回再入轨迹进行优化,同时考虑关于热流密度的二阶状态变量约束. 为了克服基于解决多点边值问题的打靶算法的收敛域小,难以猜测初值以及需预先知道约束结构的难点,提出一种结合自动判断约束结构和初始化对应打靶方程技术的同伦方法. 将一个较简单的无状态约束最优控制问题逐渐过渡到需解决有约束的最优控制问题以完成轨迹优化求解. 数值算例表明,使用该同伦方法可以有效地满足月球返回飞行器最优初始再入段的状态变量约束.      

高超飞行器平滑再入倾侧角优化设计

针对高超声速飞行器准平衡滑翔再入问题,根据再入约束特点,分别把初始段和准平滑段的过程约束转化成为倾侧角约束,并对其交接班问题进行了讨论;在倾侧角约束范围内,设计了倾侧角文件,降低了问题的维数,提高了寻优速度;分别以最大纵程与最小总气动加热为性能指标利用罚函数处理,终端约束,将再入约束问题转化为无约束问题;采用遗传算法寻猜测值、模式搜索法求精确解的方式,提高了寻优精度。仿真结果显示,利用本文设计的倾侧角文件规划出的轨迹,能够很好的满足再入过程中的各项约束,且再入轨迹平稳,可为再入轨迹和覆盖区的研究提供参考借鉴。     

考虑多约束的UCAV对地攻击轨迹规划

针对多约束条件下UCAV对地攻击轨迹规划问题,提出了一种基于Radau伪谱法(RPM)的求解策略。首先,分析并建立UCAV三自由度(3-DOF)质点模型,初始和终端位置、速度、姿态、飞行性能、敌方火力或探测威胁、禁飞区、地形等约束条件模型,构建考虑多约束的UCAV对地攻击轨迹规划模型;在分析RPM求解最优控制问题的基本原理及实现方式的基础上,采用RPM将轨迹规划的最优控制问题转化为非线性规划问题;最后,利用SNOPT软件包求解,并进行了数字仿真。仿真结果表明,该方法能以较高的精度和速度生成满足多种复杂约束要求、连续并且真实可行的最优轨迹。     

基于hp自适应伪谱法的四旋翼无人机编队轨迹优化

四旋翼无人机编队轨迹优化是实现高精度跟踪控制的基础。本文研究四旋翼无人机编队轨迹优化问题,首先建立非线性四旋翼无人机模型,并对模型进行简化与参数获取;再考虑四旋翼无人机编队之间的避撞约束、状态量约束及控制输入量约束;最后采用可自适应选点的hp自适应伪谱法将最优控制问题转化为非线性规划问题进行求解。仿真结果表明,hp自适应伪谱法可以对于求解6架四旋翼无人机编队的轨迹优化问题具有良好的效果,能够满足工程实际的约束要求。     

基于邻域最优控制的跟踪制导律设计

针对拦截临近空间高超声速飞行器的中制导过程,设计了一种基于邻域最优控制（NOC）的跟踪制导律.首先,采用高斯伪谱法离线设计得到满足终端约束与过程约束的标称最优弹道;其次,为了对标称弹道进行精确跟踪,将弹道满足的一阶最优性必要条件进行二阶变分,在标称弹道邻域内得到一条满足二阶最优的修正弹道;最后,应用间接高斯伪谱法,在离散的勒让德-高斯（LG）点上将转化后的两点边值问题离散为代数方程进行矩阵求逆运算,利用标称弹道数据求得反馈控制律.仿真结果表明,该方法能有效地消除跟踪误差,并且能够满足在线实施的要求.      

基于拟能量的高超声速飞行器再入轨迹优化

考虑高超声速飞行器再入过程总加热量最小,基于拟能量将单段轨迹优化转化为多段轨迹优化问题,采用非等间距控制变量参数化方法对每段轨迹分别优化.高超声速飞行器再入轨迹必须满足热流率、动压和过载3个约束.通过把控制变量参数化,同时引入时间尺度变换和不等式约束转化方法,将轨迹优化问题转化为含有约束的非线性规划问题.基于拟能量概念,将再入轨迹进行了分段优化,以4段为例进行了仿真,计算时间比单段情况下缩短了约50%.     

基于大气预估的RLV再入预测制导研究

针对可重复使用飞行器(RLV)多约束再入制导特点,提出一种新的基于大气预估的再入制导方法. 针对大气模型的不确定性,通过参数辨识技术确定当前大气参数. 在此基础上,考虑可重复使用飞行器过载、动压和驻点热流等过程约束对倾侧角的限制,利用数值预测的方法实时预测RLV的落点确定制导偏差,形成倾侧角控制指令,完成再入轨道的在线设计. 仿真结果表明,该方法能够适应多种再入条件,有效减小各种不确定因素的影响,保证再入终端落点的精度要求.      

滑翔式飞行器高空自适应跟踪制导控制方法

针对具有较大机动能力的滑翔式高超声速飞行器在复杂高空环境再入的问题,提出了一种基于LQR （线性二次调节器）的多状态自适应跟踪制导方法.该方法基于飞行器量纲一化的再入运动模型,考虑滑翔式飞行器各特征参数和飞行约束设计出基本安全飞行走廊,用拟合法将标准弹道综合成航程-高度-速度-航迹角函数.然后设计了基于LQR的多状态跟踪制导律,并采用多项式拟合法实现全弹道制导律的增益调度函数;形成了一套完整的滑翔式飞行器再入过程基于标准轨道的多状态LQR制导方案设计.并通过仿真计算,验证了该制导方法,表明该方法是有效、高精度的飞行器高空自适应跟踪制导方法.      

一种具有时间约束的最优导引律设计方法

针对导弹空中弹道多约束控制的需求,根据最优控制理论的设计思想,设计了一种具有飞行时间约束的导引律设计方法。该方法首先建立了弹目相对运动模型,推导了无量纲化的弹体运动状态方程,将终端约束要求转化为具有末端约束条件的最优控制问题;然后通过在具有弹道倾角约束的最优导引律中引入时变修正项,实现了对导弹飞行时间的准确控制;最后在不同初始条件和约束要求下,通过弹道仿真实验。实验表明,该方法能够满足多约束的指标要求,具有一定了鲁棒性能。     

考虑导引头视场角和落角约束的制导方法

针对空地武器采用最优弹道成型制导律进行大落角攻击时易造成导引头跟踪误差角大于其视场角而丢失目标的问题,提出一种满足导弹导引头视场角约束和落角约束的制导方法.基于线性化模型和小角假设,得到了导引头跟踪误差角的解析表达式,分析了影响导引头跟踪误差角的因素及最大跟踪误差角的取值范围.在此基础上,针对不同空地武器提出了通过改变末制导初始弹目视线角或放松落角约束的方式满足导引头视场角约束的制导方法,并给出了初始弹目视线角的取值原则及最大允许落角的计算方法.通过仿真校验,证明了导引头跟踪误差角的解析解的正确性及制导方法的可行性.      

一种新的机器人轨迹规划方法

本文针对机器人最小时间轨迹规划问题提出了一种二次规划的优化方法，根据轨迹作预规划，在经基础上用机器人关节速度及驱动务矩的约束条件作修正规划，得到了最小时间轨迹的优化解。该规划方法简单实用，对跟踪路径无特殊要求。     

一种基于落角约束的偏置比例导引律

为增大反坦克导弹的命中落角,提高毁伤效果,建立了击顶弹道末制导段的弹目相对运动模型,提出了一种基于落角约束的偏置比例导引律,并研究了落角约束对导引律法向过载的影响,通过设计盲区控制方案减小了命中点法向过载,最后基于导引弹道仿真与传统比例导引律以及两种其它类型的改进比例导引律进行了仿真比较. 仿真结果表明,该偏置比例导引律控制落角能力较强,同时具有较高的命中精度.      

基于样条理论的自动垂直泊车轨迹规划

分析泊车轨迹曲线设计要求并综合B样条曲线特点,提出基于B样条曲线理论通过对轨迹控制点优化进行自动垂直泊车轨迹规划的方法.分析泊车过程中存在的可能性碰撞点,并建立相应的避撞约束函数.考虑泊车环境障碍约束、车辆自身参数约束、泊车初始点方位约束、泊车终点位置约束,以泊车轨迹的最大曲率值最小化为目标,以轨迹曲线控制点为变量,根据Ackerman转向原理建立车辆运动轨迹多约束方程.分别对一般泊车环境和狭小空间泊车环境进行泊车轨迹规划,利用Matlab软件非线性约束优化函数求得轨迹控制点,得出轨迹曲线.仿真结果表明:对于一般泊车环境该方法能使车辆无碰撞地进入车位,且满足泊车轨迹曲率连续性;对于相对狭小泊车环境,也能求得一组轨迹控制点,通过不断调节前轮转角实现车辆无碰撞地泊车入位并保证了轨迹曲率的连续性.仿真结果表明了基于样条理论的泊车轨迹规划方法可实现车辆无碰撞地泊车入位,并满足轨迹曲率连续性要求,有效地解决了泊车过程中停车转向问题.