考虑导弹自动驾驶仪二阶动态特性的导引律

基于平面内目标-导弹相对运动方程,考虑导弹自动驾驶仪的二阶动态特性,应用动态面控制方法设计了一种新型导引律。在设计过程中,通过引入一阶低通滤波器,使得导引律的最终表达式中不含视线角速率的高阶导数,更易于实际应用。该导引律有效地克服了导弹控制系统的动态延迟对制导精度的影响。将该导引规律与未考虑导弹自动驾驶仪动态的自适应滑模导引律相比较,对目标非机动、阶跃机动和正弦机动三种情况进行仿真。仿真结果表明,在目标机动加速度快速变化,而且导弹自动驾驶仪存在较大滞后情况下,这种导引律仍具有很高的制导精度。     

考虑自动驾驶仪动态特性的多约束中制导律

针对多约束条件下的中末制导交班问题,提出一种考虑自动驾驶仪动态特性的滑模中制导律。首先,建立了考虑自动驾驶仪一阶动态特性的弹目运动模型,根据该模型设计非奇异终端滑模面,并采用自适应滑模趋近律设计有限时间收敛的中制导律。其次,采用扩张状态观测器估计目标机动信息,并将估计值应用于非奇异滑模中制导律中。最后,基于有限时间理论分析了中制导律的有限时间收敛特性。数值仿真结果验证了所提中制导律的鲁棒性强,引起的交班误差小。     

考虑导弹动态延迟特性的滑模导引律设计

基于平面拦截问题,考虑导弹自动驾驶仪一阶动态延迟特性,应用滑模变结构控制方法,以零化视线角速率为目的,设计了一种滑模导引律。该导引律可使得滑模面在有限时间内收敛至零,进入滑模面后可确保视线角速率在制导结束前收敛于零,从而保证高制导精度,且导引律中的变结构项只要大于目标加速度的变化率即可保证制导系统的有限时间收敛性和鲁棒性,从而大大降低了制导系统的抖动。最后以空中拦截为例,仿真验证了在导弹自动驾驶仪存在大延迟和目标做大机动逃逸下,该导引律具有良好的制导性能和高制导精度。     

考虑自动驾驶仪动态特性与攻击角约束的模糊自适应动态面末制导律

在大口径舰炮制导炮弹打击近岸机动目标的末制导段,考虑自动驾驶仪二阶动态特性与攻击角约束,基于模糊自适应逼近与动态面控制提出一种末制导律。构建二维弹目相对运动模型,运用扩张状态观测器估计目标加速度。为零化视线角的跟踪误差与视线角速率,采用自适应指数趋近律设计非奇异终端动态面滑模,设计模糊自适应系统逼近变结构项,削弱自动驾驶仪的控制指令抖振。通过Lyapunov第二法证明了闭环系统中视线角的跟踪误差与视线角速率均一致最终有界。仿真实验表明:该制导律使制导炮弹在打击具有不同加速度形式的目标时,均具备较好的末制导性能。     

非奇异快速终端二阶滑模有限时间制导律

为实现对高速机动目标的准平行拦截,考虑导弹自动驾驶仪动态特性,设计了一种零化视线角速率的非奇异快速终端二阶滑模有限时间制导律。首先,基于终端滑模控制理论和二阶滑模控制理论,设计了非奇异快速终端二阶滑模制导律;其次,根据有限时间收敛控制理论,严格证明了系统的稳定性和有限时间收敛特性;为抑制测量噪声和估计弹目视线角速率,设计了有限时间收敛微分跟踪器,并将其与扩张观测器结合来估计不确定项。最后仿真结果表明:所设计的微分器不仅收敛速度快,估计精度高,且具有较强的抗干扰能力,同时针对目标做不同的类型机动,所设计的制导律均能实现视线角速率在有限时间收敛,为实现对高速机动目标的直接碰撞提供必要条件。     

前向拦截的三维制导模型及制导律设计

为了解决拦截器导引头的气动加热问题,提出了前向追踪(Head Pursuit)制导方法。该方法是将拦截器导引到目标轨道的前方并沿着和目标相同方向飞行,而在目标轨道的前方拦截目标,要求拦截器的速度低于目标的速度。在建立了目标和拦截器的三维制导模型基础上,采用全局二阶滑模控制理论设计了二阶滑模HP非线性制导律。并在考虑目标机动加速度未知的情况下,设计了观测器对目标机动加速度进行估计。通过拦截器拦截目标的弹道的数字仿真验证了制导模型和制导律的正确性。     

考虑自动驾驶仪动态鲁棒自适应变结构制导律

对于平面拦截问题,基于Lyapunov稳定性理论,应用滑模趋近律概念,将目标的机动加速度视为一类有界扰动,以视线角速率作为零输出状态变量,甚至不需要知道目标机动的界,考虑导弹自动驾驶仪的延迟,综合设计了一种具有强鲁棒性的末端导引规律。理论分析与数字仿真表明,这种制导律不但具有平直的弹道特性,而且具有很强的鲁棒性和适应性,同时方法简单、易于理解,便于工程应用。     

基于零化视线角速率的非线性预测制导律

利用非线性预测控制理论设计了一种零化视线角速率的预测制导律. 首先, 以弹目视线角速率为反馈项, 最小化预测误差为性能指标, 基于非线性预测控制理论和最优化理论推导出非线性预测制导律, 并对闭环回路的稳定性进行了证明. 其次, 针对制导律中含有的目标机动项信息, 设计了一种基于时间延迟控制理论的滤波算法, 并应用于预测制导律, 最后仿真考虑到导弹的延迟环节, 采用三阶自动驾驶仪模型, 验证了设计的制导律能够有效拦截机动目标, 与传统比例导引相比, 视线角速率变化平稳, 克服了末端视线角速率变化过快而导致过载饱和的情况, 降低了对执行机构的要求.     

基于滑模控制的非线性追踪导引律仿真设计

基于非线性追踪动力学模型,对追踪器和目标作一般机动(速度大小和方向都可变化)追踪过程进行研究。视目标机动为不确定摄动,分别考虑追踪视线径向和法向两个滑动面,应用变结构控制理论,并采用递减边界层的方法削弱滑模抖动,设计的非线性导引律,只需知道目标的最大机动限幅值,而不用对目标的逃逸机动进行即时估计与测量。仿真研究表明,该导引律具有克服目标机动的鲁棒性,可有效地追踪机动目标,包括随机机动目标。就追踪时间和控制消耗而言,其性能比比例导引律更优。     

考虑齿隙的多约束导引控制一体化设计方法

在舰炮制导炮弹进行远程对岸火力支援的末段, 考虑舵机齿隙、限定攻击角以及测量视线角速率受限, 提出了一种基于动态面滑模与扩张状态观测器的多约束导引控制一体化设计方法。构建了制导炮弹的导引控制一体化的严反馈串级模型, 将舵机视为更符合实际的含齿隙双惯量子系统。针对视线角速率和风等未知干扰, 设计扩张状态观测器对其实施迅速而准确的估计。设计具备自适应指数趋近律的非奇异终端滑模, 致使视线角速率与视线角跟踪误差在有限时间内零化。在高阶串级系统中合理运用动态面滑模, 有效改善微分膨胀问题。运用Lyapunov理论证明了系统一致最终有界性以及重要状态的有限时间收敛性。通过对比仿真实验, 在所提方法的调控下, 含有舵机齿隙的制导炮弹在打击固定与蛇形机动目标时, 均具有良好的制导性能。     

多约束条件下的最优中制导律设计

考虑到三维空间目标导弹相对运动方程的非线性特性以及中制导段的多约束条件,采用Gauss伪谱法设计了一种多约束条件下的最优中制导律,同时考虑了导弹自动驾驶仪的二阶动态特性。考虑的约束条件包括:交班距离、视线角、视线角速率以及过载指令。性能指标为剩余飞行时间n次方的倒数乘以控制输入的平方的积分。研究结果表明,在性能指标中引入时变权重系数时,虽然消耗的燃料有所增加,但是导弹在满足交班约束条件的同时过载指令能够收敛至零,利于中末制导的顺利交接。     

三维末制导律的鲁棒动态逆设计方法研究

考虑到真实的导弹目标拦截都是在三维环境下进行的,因此在三维球坐标系下建立了导弹目标的相对运动学方程。针对方程中的强非线性因素和不确定因素,基于零化导弹目标视线转率的思想,应用动态逆方法设计了鲁棒的末制导律。在该制导律的设计过程中不进行小角度假设,不进行剩余时间的计算。仿真结果表明该制导律能够对付一定的目标机动,且脱靶量小。     

高机动导弹非线性自动驾驶仪动态面控制

提出了高机动非线性导弹自动驾驶仪的动态面控制器设计方法,该方法基于光滑二阶动态滑模,所设计的虚拟控制足够光滑,在利用反步法设计内环控制器时不需要进行积分滤波,克服了反步法所带来的项数膨胀问题.二阶动态滑模控制器能够对非匹配不确定性或未建模动态进行补偿,并且比传统滑模有更高的跟踪精度.在考虑了系统不确定性和外部干扰的情况下,仿真结果显示所设计的控制器有较强的鲁棒性和控制精度.     

An impact angle constraint integral sliding mode guidance law for maneuvering targets interception

An integral sliding mode guidance law(ISMGL)combined with the advantages of the integral sliding mode control(SMC)method is designed to address maneuvering target interception problems with impact angle constraints.The relative motion equation of the missile and the target considering the impact angle constraint is established in the longitudinal plane,and an integral sliding mode surface is constructed.The proposed guidance law resolves the existence of a steady-state error problem in the traditional SMC.Such a guidance law ensures that the missile hits the target with an ideal impact angle in finite time and the missile is kept highly robust throughout the interception process.By adopting the dynamic surface control method,the ISMGL is designed considering the impact angle constraints and the autopilot dynamic characteristics.According to the Lyapunov stability theorem,all states of the closed-loop system are finally proven to be uniformly bounded.Simulation results are compared with the general sliding mode guidance law and the trajectory shaping guidance law,and the findings verify the effectiveness and superiority of the ISMGL.     

考虑不确定复合控制系统动态特性的前向拦截三维导引律

为实现高空高速目标的精确拦截,研究了考虑直接力气动力复合控制动态特性及不确定性的前向拦截三维导引律设计方法。对采用复合控制的慢旋导弹的动力学模型进行了线性化处理,在气动舵控制的基础上设计连续直接力,然后对其进行离散化处理,避免复杂的控制分配问题。在三维弹目相对运动模型和不确定导弹动力学线性化模型的基础上,利用时标分离的思想将系统划分为慢变子系统和快变子系统,应用基于李雅普诺夫稳定性理论的鲁棒控制方法对慢变子系统和快变子系统分别进行鲁棒动态逆设计,得到考虑不确定复合控制系统动态特性的前向拦截三维导引律。对单通道控制和双通道控制的情况分别进行了仿真研究,验证了本文方法的正确性和有效性。