基于Terminal滑模的动能拦截器末制导律研究

针对大气层外动能拦截器的精确拦截问题,给出了一种基于Terminal滑模的鲁棒末制导律设计方法。在不考虑动能拦截器姿态运动的情况下,建立了动能拦截器纵向平面和侧向平面内的相对运动方程,并通过在末制导滑模中引入非线性项,去除了传统变结构制导律中的切换项,保证制导系统具有全局快速性。仿真结果表明Terminal滑模应用于动能拦截器精确末制导律设计中的有效性,较之传统的比例导引和变结构制导方法,能有效抑制视线的发散,对目标机动具有更强的鲁棒性,并具有更高的拦截精度。     

动能拦截器姿态控制与振动的若干问题

动能拦截器姿态控制采用发动机产生的脉宽调制的脉冲力, 容易诱发弹体产生弹性振动,拦截器的弹性振动信号会被弹上敏感元件测量到,并被引入制导控制闭环回路,形成反馈作用,使控制系统的动态品质变差,甚至会因失稳而导致拦截失败.因此研究末制导拦截器的弹性振动与控制的耦合问题,以及将弹性振动引入控制系统的方法,对拦截器的精确控制具有重要意义.     

滑模干扰观测器的反机动目标末制导律设计

针对大气层外拦截器拦截机动目标的末段制导问题,提出基于滑模干扰观测器的滑模制导律设计方法。建立基于视线的拦截器-目标相对运动方程,采用滑模控制理论,设计使纵向平面和侧向平面内的视线角速率趋于零的制导律。通过超扭曲滑模干扰观测器,估计目标机动,从而补偿制导系统中的不确定项,并避免滑模切换控制的抖动问题。反机动目标末制导仿真结果表明,所研究的滑模制导方法具有满意的制导精度和鲁棒性。     

SINS/GPS组合导航和末端寻的复合制导半实物仿真

针对采用SINS/GPS组合导航及末端寻的复合制导体制的制导弹药,为检验组合导航系统和制导控制系统的工作性能,设计了半实物仿真系统框架结构.设计半实物仿真时序,采用基于频率调度(FBS)机制,实现仿真的实时性和同步性.探讨并解决了仿真中多CPU时钟同步问题.仿真结果表明,捷联惯导算法正确,解算时延较小,GPS修正效果良好,组合导航系统可顺利完成中末制导交班;制导控制系统设计合理,对于静止和机动目标,落点射击精度和落角均满足设计要求.     

基于制导/估计综合设计的协同制导律

基于普通分离原理,将反导作战噪声环境中拦截高速机动目标的制导问题考虑为一类非线性、非高斯追逃拦截问题.引入追逃未达集概念,利用几何方法将估计器设计方法结合到制导律的设计中,通过理论推导综合设计了估计器和制导律,并在此基础上,在目标函数中,引入包围因子,对多拦截器协同制导律进行了研究.数值仿真验证了基于制导/估计综合设计的协同制导律的制导性能和有效性.     

拦截机动目标的一种鲁棒末制导律设计

为拦截空间机动目标,将目标的机动加速度视为外界干扰,建立纵向平面内拦截器与目标间非线性相对运动的动力学模型;用反馈线性化与线性H∞理论相结合的方法,设计了一种新的鲁棒末制导律,并通过数字仿真结果验证了该末制导律的有效性。该末制导律对外界干扰具有较强的鲁棒性,既可在目标以多种形式机动逃逸时使拦截器能以特定速度直接撞击目标,还可使拦截过程中拦截器与目标的视线角速度保持在较小的数值范围。同时,文中的方法避免了应用非线性H∞理论求解Hamilton-Jacobi-Issacs偏微分不等式的烦琐,简化了求解过程。     

拦截机动目标的一种鲁棒末制导律设计

为拦截空间机动目标,将目标的机动加速度视为外界干扰,建立纵向平面内拦截器与目标间非线性相对运动的动力学模型;用反馈线性化与线性H∞理论相结合的方法,设计了一种新的鲁棒末制导律,并通过数字仿真结果验证了该末制导律的有效性。该末制导律对外界干扰具有较强的鲁棒性,既可在目标以多种形式机动逃逸时使拦截器能以特定速度直接撞击目标,还可使拦截过程中拦截器与目标的视线角速度保持在较小的数值范围。同时,文中的方法避免了应用非线性H∞理论求解Hamilton-Jacobi-Issacs偏微分不等式的繁琐,简化了求解过程。     

拦截机动目标自适应反馈线性化末制导律

针对采用反馈线性化制导律拦截机动目标时,需要相对运动模型精确,对参数不确定无法保证系统鲁棒性的问题,提出一种自适应反馈线性化制导律设计方法.将目标机动加速度视为未知量,建立拦截器与目标的非线性相对运动模型.应用反馈线性化和模型参考自适应理论获得制导律,同时对目标加速度进行估计.该制导律形式简单,不需要知道目标精确的加速度信息.仿真结果表明该制导律能完成不确定机动目标的拦截.     

质量矩拦截器末制导复合控制方法研究

针对在大气层内飞行的质量矩拦截器,研究了其变质心控制问题.在建立内部含有1个滑块和8个姿控发动机的拦截器制导运动模型的基础上,描述了滑块与弹壳之间的相对移动对系统产生的耦合影响.设计了一种复合控制律来给出滑块的期望位置和姿控发动机的开关指令,并通过对轴向滑块与姿控发动机的协调控制,快速补偿了法向需用过载.讨论了滑块运动对系统性能的影响,并进行了系统的稳定性分析.仿真结果表明该方法能有效实现拦截器末段的制导控制.     

直接碰撞杀伤动能拦截器末端遭遇分析模型

针对直接碰撞杀伤动能拦截器反弹道导弹问题,建立了一种考虑动能拦截器几何尺寸影响的末端遭遇分析模型. 基于射击线跟踪技术,提出了一种可准确判定动能拦截器末端遭遇的方法,并通过引入瞄准点网格射击线和随机命中点生成技术,实现动能拦截器末端遭遇命中概率分布分析. 算例分析表明,利用该模型可有效分析末端遭遇条件、再入弹头几何参数、动能拦截器几何参数及制导精度、瞄准点选取等因素对命中概率的影响.     

基于快速终端滑模的汽车底盘集成控制

针对汽车主动前轮转向子系统和直接横摆力矩控制子系统的集成控制问题,基于快速终端滑模控制理论设计一种标定参数少和动态响应速度快的鲁棒集成控制器.首先,基于达朗贝尔原理建立包含车身侧向和横摆运动自由度的汽车动力学模型作为底盘集成控制模型.随后,基于快速终端滑模控制理论分别设计主动前轮转向控制律和直接横摆力矩控制律,并且通过汽车质心侧偏角相平面定义的平滑切换因子建立二者的切换规则,实现主动前轮转向子系统和直接横摆力矩控制子系统的平滑切换控制,并且将主动前轮转向子系统和直接横摆力矩控制子系统的主要工作区域分别控制在轮胎的线性区域和非线性区域.最后,结合车辆动力学仿真软件对所提出的鲁棒集成控制器的可行性和有效性进行验证,结果表明:所提出的底盘集成控制器可以同时兼顾汽车操纵稳定性和乘坐舒适性.     

带微分观测器的双环姿态跟踪控制

针对捕获非合作目标航天器的姿态跟踪控制问题,给出了一种双环姿态跟踪控制器。通过引入虚拟角速度将二阶姿态运动方程分解为内外环独立的子系统。外环预设有界虚拟角速度使航天器姿态渐近收敛于期望姿态;内环采用二阶微分观测器精确估计由转动惯量摄动、外部干扰和饱和超幅部分组成的不确定项,基于观测值的鲁棒姿态控制器使内环角速度指数收敛于外环虚拟角速度。双环姿态跟踪控制能够满足控制饱和及角速度有界约束下的跟踪精度和闭环系统的全局渐近稳定性。数值仿真验证了该控制器的鲁棒性和有效性。      

汽车主动悬架与防抱制动系统分层集成控制研究

在考虑汽车主动悬架系统(ASS)与防抱制动系统(ABS)之间相互影响的情况下,基于汽车7自由度整车模型,设计了一个分层集成控制系统.底层包括2个子系统的控制器:主动悬架控制子系统采用最优预见控制策略,防抱制动控制子系统采用逻辑门限值控制策略;上层控制器对2个子系统控制器进行协调控制,以改善汽车在制动情况下的整体性能.仿真实验结果表明,在分层集成控制情况下,汽车主动悬架性能和制动性能均有所改善,为解决因2个子系统间相互影响而使汽车性能变坏的问题提供了一种方法.     

航天器姿态机动的滑模变结构控制与仿真*

针对航天器姿态机动的控制问题,设计了一种滑模变结构控制器,实现了航天器姿态对时变期望的跟踪。给出航天器姿态的数学描述,采用滑模控制思想设计了控制器,并基于Lyapunov稳定性理论给出控制器的稳定性证明。以推力器为姿态机动的执行机构,给出了控制信号的PWM调制方法。最后在Simulink环境下构建了仿真系统,仿真结果表明在该控制器下,航天器姿态可以实现对期望信号的跟踪。     

航天器能量/姿控一体化控制器设计及功率规划

研究航天器的能量/姿控一体化控制系统(IPACS)的设计问题。针对带有4个飞轮(3正交、1斜装)的航天器的IPACS,设计了一个滑动模态姿态控制器。设计了飞轮组的控制律,保证了在储能时,飞轮的转速变化不会对航天器的姿态造成扰动,而且不影响正常的姿态控制,同时实现了姿态控制与能量存储。针对太阳帆板的功率变化特性以及飞轮电机的输入功率限制,提出了一种新的储能功率的规划方案,使飞轮在每个轨道周期内储存和释放的能量达到平衡,同时尽量利用了太阳帆板提供的功率,从而可以有效地减少太阳帆板的面积,减轻太阳帆板的质量。为了验证所设计的IPACS的有效性,给出了一个仿真实例。     

大型柔性航天器的高精度结构化综合控制

携带柔性结构的大型航天器具有多个弱阻尼谐振模态、这些弱阻尼模态和高空环境固有的低频扰动对航天器的稳定性和性能造成了干扰,同时复杂空间任务对航天器提出了高指向精度要求。针对1大型柔性航天器的振荡抑制和高精度控制问题,提出了多控制模块协同的结构化综合控制策略,根据系统特定的谐振模态,在控制器结构中加入内模控制器、陷波滤波器、串联PID控制器,以低阶的结构化控制器来满足系统的多重性能的要求,减小传统鲁棒综合控制因控制器阶次高带来的工程造价和实施难度。构建多重性能加权解耦输出的结构化综合性能矩阵,根据控制目标通过加权函数限制输出性能,给出满足综合性能要求的结构化控制器。仿真结果表明,相较传统的鲁棒综合控制,所设计的结构化控制器即具有较低的复杂度,并同时满足姿态稳定性和高指向精度要求,能够有效地抑制柔性附件在局部频率的振动问题。为大型柔性系统的结构化综合控制提供一定的理论方法和参考设计实例。     

惯导平台稳定回路三种控制策略的仿真研究

平台式惯性导航系统依靠由陀螺稳定的机械平台,为导航系统和姿态稳定系统提供测量基准,平台稳定回路是其中事关导航精度的关键部分。对平台稳定回路进行了建模,在仿真的基础上对单闭环、双闭环、数字双闭环三种控制策略分别设计了控制器,并比较了各控制策略的优劣。经过分析比较表明双闭环控制、数字双闭环控制与目前工程上普遍应用的单闭环控制策略相比提高了系统的动态抗扰能力。     

带碰撞角约束的高速飞行器小速度比交会制导律

针对目标飞行器速度较大引起的拦截器与目标速度比小于1的空间交会问题,建立拦截器与目标交会的三维运动模型,分析共面运动的碰撞角对相对速度及有效碰撞面积的影响并讨论交会的速度比条件. 基于初始预测的目标速度信息,根据准平行接近原则将碰撞角约束转化为交会过程中的视线角约束,应用变结构控制设计带视线角约束的三维制导律并分析其稳定性. 结果显示,设计的制导律不仅使视线角速率逼近于0,还可以实现以期望的碰撞角实施交会,并且对预测的目标速度偏差具有较强的鲁棒性.      

参数不确定的Liu混沌系统的自适应控制

研究了新型混沌系统——L iu系统的动力学行为和自适应控制问题.首先选择原系统的一部分作为子系统,在低维空间上具体分析这个系统的动力学行为,然后基于子系统分析整个系统的动力学行为.根据Lyapunov稳定性理论方法构造一个新的自适应控制器,给出了控制器及未知参数的自适应律解析式,使得全部未知参数识别和系统的控制同时取得,方法简单,控制效果好.数值模拟证明了该方法的可行性和有效性.