导弹滚转自动驾驶仪设计与仿真

基于 STT(侧滑转弯)控制方式的导弹在飞行过程中,滚转通道自动驾驶仪主要起到稳定弹体(使导弹滚转角为0°左右)、防止俯仰通道与偏航通道耦合的作用,滚转通道稳定能力的好坏直接决定了导弹制导控制的效果.本文中,设计了基于变结构控制理论的导弹滚转自动驾驶仪,针对变结构控制经常存在的抖振现象进行分析并去抖,取得了良好效果.最后与常规 PID控制方式的滚转稳定驾驶仪进行了对比分析     

基于新型饱和函数法的反馈线性化的全局滑模控制

针对常见的二阶非线性系统模型,提出了一种基于新型饱和函数法的全局滑模控制的。在常规的反馈线性化滑模变结构控制中引入全局滑模控制和新型饱和函数,通过设计一种动态非线性滑模面消除了滑模变结构控制的到达阶段,使系统响应具有全局鲁棒性;具有动态边界层的新型饱和函数又能使边界层厚度随状态轨迹的收敛而逐渐减小到零,从而使状态轨迹最终收敛到切换平面上从而降低系统的抖振,提高控制精度。仿真结果证明了该控制方法的有效性。     

滑翔高速飞行器自适应滑模控制器设计

滑翔高速飞行器飞行速率高、飞行环境特殊,具有强耦合、强非线性和强时变的特点. 针对这些特点带来的控制问题,首先对滑翔高速飞行器模型进行了线性化处理;其次利用滑模变结构控制理论设计了滑模控制器;最后将滑模控制器与在线参数估计器组合,设计了滑翔高速飞行器自适应滑模控制器. 仿真结果表明,设计的自适应滑模控制器能够满足滑翔高速飞行器的动态性能指标要求,具有较强的可靠性、适应性和鲁棒性.     

基于边界层模糊调节的液压系统准滑模变结构控制

提出一种基于边界层模糊调节的准滑模变结构控制方法.基于滑模开关函数及其变化量,设计一个二维边界层模糊调节器,根据滑模开关平面状态的变化动态调整滑模边界层的宽度.应用于液压位置系统的控制实验结果表明,所提出的控制方法能保证液压系统响应速度,提高控制精度,削弱抖振,较好地协调了变结构控制鲁棒性与平滑控制抖振之间的矛盾.     

基于滑模变结构的导弹伺服机构故障诊断

针对导弹伺服机构的不确定非线性特点,提出了一种基于滑模变结构的传感器故障诊断方案。首先给出一种基于滑模变结构的控制器设计方法,然后利用滑模变结构中的等值控制方法设计了状态观测器,再利用自适应方法实现了对故障的重构。最后将提出的方法在导弹伺服系统中应用,表明了该方法的有效。     

阀控非对称缸系统鲁棒反馈线性化控制

针对阀控非对称缸液压系统存在不确定性和干扰问题,提出综合滑模变结构控制与反馈线性化控制的鲁棒反馈线性化控制策略.利用反馈线性化控制提高非线性系统控制精度,利用变结构控制补偿外界干扰与系统不确定性,并采用边界层法减少滑模变结构控制可能导致系统高频抖动.针对位移信号直接微分得到的加速度信号存在高频噪声问题,提出利用改进二阶滑模算法抑制干扰的影响.通过建立统一的阀控非对称缸液压伺服系统非线性数学模型,以时变负载力扰动为例对系统的动态特性进行了研究,结果表明:鲁棒反馈线性化策略能有效抑制外界的干扰和负载力扰动对液压位置追踪精度的影响,提高了液压控制系统的精度和鲁棒性.     

分布式通信模式下的多导弹协同制导与控制律

针对基于分布式通信数据链的多枚侧滑转弯导弹采用领弹-从弹模式协同作战的问题,提出一种协同作战制导控制方法.假设领弹按照比例导引律攻击目标,设定领弹和从弹之间的通信拓扑并设领弹为唯一的根节点,将各导弹的弹目距离作为协调变量,在弹间通信拓扑固定和跳变的情况下,研究了能使各从弹的弹目距离与领弹的弹目距离达到协同一致的一致性协调策略,从而得到各从弹的期望弹目距离.基于反馈线性化方法,并考虑框架角等约束,推导了能够使从弹的实际弹目距离跟踪期望弹目距离的速度前置角指令.综合考虑侧滑转弯导弹的制导与控制问题,建立了其在水平面内运动的制导控制一体化模型,基于滑模动态面控制理论,设计了能够良好跟踪速度前置角指令的鲁棒控制器.仿真结果验证了所提出协同制导控制方法的有效性.      

弹性飞翼无人机自适应反步终端滑模姿态控制

针对存在非线性、强耦合、参数不确定性及外部扰动的大展弦比飞翼布局无人机刚/弹耦合动力学模型,提出了基于反步思想的自适应范数型终端滑模姿态控制策略.首先,基于李雅普诺夫稳定理论,利用反步方法设计系统的虚拟控制量和实际控制量.其次,在虚拟控制中,采用自适应范数型滑模消除不确定项和刚/弹耦合项,并在反馈中采用非线性增益提高系统的鲁棒性和动态特性;在实际控制中,引入鲁棒自适应终端滑模项消除不确定项、刚/弹耦合项与扰动的影响,既解决了虚拟量求导的计算膨胀和实际控制量抖振问题,又提高了系统的控制精度和鲁棒性.最后,基于李雅普诺夫理论证明了跟踪误差收敛到任意小邻域.仿真结果表明:该控制方法对模型不确定性、气动弹性及阵风等外扰影响具有鲁棒性,能够实现高精度的姿态跟踪控制.     

X滤波自适应逆控制算法及在液压位置控制系统中的应用

针对非线性时变特性的液压位置伺服系统跟踪控制问题,基于自适应逆控制理论,提出X滤波液压位置自适应逆控制策略.对传统自适应滤波算法在X滤波结构下的不足,提出变换域变步长归一化最小方差算法.采用该算法对液压伺服位置系统进行了对象建模、在线逆建模及开环控制系统设计.仿真结果表明,X滤波液压位置自适应逆控制具有跟踪速度快、对参数摄动鲁棒性强等良好动态特性.     

欠驱动UUV三维轨迹跟踪的反步动态滑模控制

提出一种欠驱动无人水下航行器(UUV)反步自适应动态滑模控制方法.结合反步和自适应滑模控制技术设计UUV的位置、姿态和时变速度跟踪控制器,采用虚拟速度来代替姿态误差的控制策略,将姿态跟踪控制转化为速度控制,能够有效避免传统反步法控制律设计存在的奇异值问题.针对系统模型不精确及时变扰动问题,引入滑模控制技术进行自适应补偿估计,提高了欠驱动UUV在未知环境中的鲁棒性及自适应能力,并基于李雅普诺夫稳定性理论证明了该控制系统误差最终一致有界.仿真结果表明:提出的UUV三维轨迹跟踪反步动态滑模控制方法收敛、有效,能够实现在系统参数不精确及时变扰动情况下的三维轨迹精确跟踪控制.     

高超声速目标拦截含攻击角约束的协同制导律

针对高超声速目标拦截的制导问题,提出了一种带攻击角约束的协同制导律.在垂直弹目视线方向,由攻击角约束得到期望的终端视线角,利用非线性干扰观测器对模型中的干扰进行估计,结合非奇异终端滑模理论设计视线法向加速度指令,保证了每枚导弹与目标之间的视线角速率收敛到0且视线角收敛到期望的终端视线角;在沿弹目视线方向,基于二阶多智能体一致性算法设计视线方向加速度指令,保证了每枚导弹与目标之间的相对距离在有限时间内到达一致,进而保证各枚导弹同时击中目标.通过对4枚导弹协同拦截高超声速目标的情景进行仿真,验证了所设计制导律的有效性.      

应用动态逆理论的反舰导弹规避机动导引律设计

为了提高反舰导弹的突防能力,有效规避敌方舰空导弹的拦截,完成精确打击目标的战术要求,从便于工程实现的角度出发,应用时标分离的方法,将弹目相对运动模型分离为2个一阶的动力学子系统,这2个子系统分别对应于视线角速率层(慢动力学系统)和自动驾驶仪惯性滞后层(快动力学系统),对这2个子系统分别进行动态逆控制设计,设计了一种能够...     

卫星编队飞行指向跟踪姿态控制

卫星编队飞行的应用之一是受控卫星在目标卫星、空间站、载人飞船周围以“编队飞行”的形式相伴飞行,对目标进行观测或者执行更多的操作。该文研究这种应用中的姿态控制问题。假设两个飞行器的轨道信息已知,由轨道信息确定实现姿态跟踪调节所需的一种可能的期望姿态,给出了解析表达式,包括姿态角、姿态角速度及角加速度。采用基于四元数的控制律,用3个动量轮实现了卫星长时间、大角度姿态跟踪机动。仿真结果显示,在超过一个周期的仿真时间内,姿态及姿态角速度与期望姿态的吻合程度比较好,而且力矩的花费也不是太大。     

基于雷达导引头角度跟踪特性的战斗机机动控制方法

通过分析导弹导引头角度自动跟踪系统的跟踪特性,明确了跟踪误差产生机理及对跟踪系统的影响,提出了战斗机规避导弹攻击的机动控制目标。以二维平面内导弹攻击为例,建立了导弹与战斗机的相对追逃运动模型。基于动态逆理论,对中断导引头角度跟踪的机动控制方法进行分析,推导了战斗机的规避机动控制律。通过仿真验证了该方法的有效性。     

卫星编队飞行的协同控制

为了实现卫星编队飞行任务,设计了卫星编队飞行队形协同控制。考虑控制精度以及小推力卫星变轨时间长等特点,采用了相对运动的非线性动力学方程进行数学建模,并采用精度较高的相对轨道根数法设计了目标队形。应用滑模控制理论,设计了跟踪控制器,并通过Lyapunov稳定性理论,证明了控制系统全局渐近稳定性。通过一个“1颗主星与3颗从星”编队的测量基线放大控制仿真,验证了该控制器的可行性。结果表明,该控制器具有控制精度高、实时性强等特点,可用于卫星编队飞行队形协同控制。     

自抗扰三回路过载驾驶仪的设计

对传统过载三回路驾驶仪的结构进行了改进,在保持内环阻尼回路、增稳回路的基础上,将外环过载回路设计成自抗扰控制形式. 通过扩张状态观测器的动态估计与补偿作用,提高了对于系统不确定性的鲁棒性,同时保持了三回路控制体制适于对静不稳定弹体增稳、快速性较强等优点. 针对一个基准的非线性时变对象过载控制问题,通过非线性数值仿真对传统三回路驾驶仪和自抗扰三回路驾驶仪进行了分析比较,仿真结果表明自抗扰三回路驾驶仪在鲁棒性能方面优于传统的设计方法.      

导弹俯仰通道带有落角约束的制导与控制一体化设计

对导弹带有落角约束的制导与控制一体化进行了研究.首先建立了俯仰通道的制导控制一体化状态模型.然后利用特征结构配置方法,设计了制导与控制一体化状态反馈控制律.所设计的控制器一方面保证导弹打击精度,另一方面保证导弹进行垂直打击.最后,进行了导弹非线性数值仿真,验证了所提的制导控制一体化策略的有效性,从仿真结果上看,垂直打击精度是很高的.     

基于μ综合方法的空空导弹鲁棒驾驶仪设计

为了提高导弹驾驶仪的鲁棒性能,采用μ综合方法设计了算例空空导弹三通道的控制律.设计过程中考虑了控制对象的参数不确定性、未建模动态特性、外部扰动和通道间耦合等因素,解决了经典控制方法只能进行鲁棒性验证的问题.相对于其他鲁棒控制方法,μ综合方法还可以同时针对鲁棒稳定性和鲁棒性能进行设计.仿真结果表明,μ综合驾驶仪满足各项性能指标,具有良好的鲁棒性能.