倾斜转弯导弹控制系统设计与仿真研究

倾斜转弯控制技术的控制特点决定了倾斜转弯导弹成为一个强耦合的非线性时变系统,这为其控制系统设计增大了难度。将某型倾斜转弯导弹俯仰、偏航及滚动通道间的耦合作用看作是干扰,然后应用H∞控制理论设计导弹自动驾驶仪。简单有效的方法就是求解代数Riccati方程的正定解,从而可以构造系统的反馈增益矩阵,得到满足要求的反馈控制器,但评估信号的选取是一个关键。通过三通道控制系统联合仿真研究表明,该设计方法可行,设计的自动驾驶仪对倾斜转弯导弹控制效果好,能快速跟踪导引指令,满足设计指标。     

H∞理论在BTT导弹自动驾驶仪设计中的应用

研究了H∞控制理论在BTT导弹自动驾驶仪设计中的应用,重点讨论了广义被控对象模型的建立,以及权函数的选取原则。首先建立俯仰独立、滚转偏航耦合的BTT导弹数学模型,通过分析BTT导弹设计需求,选择权函数,建立起H∞控制BTT自动驾驶仪结构模型,并用H∞方法设计了BTT导弹俯仰通道和侧向通道的自动驾驶仪。     

用现代时域法设计BTT导弹自动驾驶仪

本文先建立了高性能BTT导弹控制系统和两个横向加速度指令数学模型。由于高性能BTT导弹滚转速率较大,俯仰、偏航通道间存在强动力学耦合,但滚动通道可以近似解耦。然后,用本文给出的模型跟随理论设计俯仰一偏航通道自动驾驶仪,用线性二次型理论设计滚动通道自动驾驶仪。为了满足远程全空域BTT导弹作战要求,自动驾驶仪中的增益是滚转速率和动压头的函数。最后,利用某典型地空导弹动力学模型进行了六自由度数字仿真,计算结果表明设计出的自动驾驶仪对导弹结构参数、气动参数、高度等变化具有良好的鲁棒性,导弹侧滑角、脱靶量很小。     

双滑模变结构控制的BTT导弹自动驾驶仪设计研究

由于倾斜转弯控制技术的特点决定了BTT导弹的数学模型存在多种耦合因素，因此目前STT导弹广泛采用的忽略通道间耦合关系的三通道独立设计方案已远不能满足BTT导弹控制系统的设计要求。基于变结构控制理论，采用了一种新的BTT导弹自动驾驶仪的设计方法。该方法把俯仰和偏航两个耦合严重的通道联合建立状态方程，用自适应极点配置设计双滑动模态，降低了控制量的切换频率；用趋近律方法设计变结构控制，其控制量参数用自组织模糊进行调节，可有效削弱滑动模态的抖振。这种控制器简化了变结构控制，计算量小。     

动态解耦和变结构鲁棒补偿的导弹再入控制

导弹在大攻角再入飞行过程中,偏航通道和滚动通道存在着的气动交连耦合.采用动态解耦控制的方法,针对动态解耦对参数不确定性敏感这一缺点,提出了采用变结构鲁棒补偿控制的方法,使由于外来干扰和参数不确定性给解耦后的系统带来的残余耦合量衰减到一个适当的水平ρ,并获得一个H∞跟踪性能指标.理论分析和仿真结果表明,设计的控制系统对解耦后残余耦合进行了有效的衰减,并使系统具有良好的鲁棒性.     

高超声速滑翔飞行器动态逆解耦跟踪控制方法研究

针对临近空间高超声速滑翔飞行器再入段俯仰偏航以及滚动三通道运动存在非线性耦合严重的情况,建立了高超声速滑翔飞行器的多变量强耦合非线性时变倾斜转弯控制模型,提出了一种将过载控制转化为所需迎角侧滑角及滚转角误差的三通道联合跟踪控制方法,根据高超声速滑翔飞行器制导回路快速性的动态性能要求,设计了一种基于非线性动态逆及状态反馈的解耦综合控制器,闭环仿真结果表明该方法能够实现三通道运动解耦控制和制导指令跟踪,满足系统动态性能的要求。     

BTT导弹自动驾驶仪LQG/LTR积分控制设计

为实现BTT导弹准确跟踪指令的要求,采用LQG/LTR积分多变量控制方法设计自动驾驶仪。以某飞机型BTT导弹为例根据其气动特点建立了俯仰独立、偏航-滚转耦合的气动模型,分别设计了俯仰及偏航-滚转通道自动驾驶仪,对设计结果进行仿真。仿真表明所设计的自动驾驶仪能够很好的跟踪指令,鲁棒稳定定性较强,具备一定抵抗通道间耦合的能力。     

自旋弹道导弹模型及运动特性分析

自旋是弹道导弹的一种新的突防手段,在助推段进行滚动飞行,可以减少强激光照射的驻留时间,有效对抗激光反导。但是导弹自旋会导致控制耦合、惯性耦合和气动耦合,而且会随着滚速的增加,耦合增强,俯仰和偏航通道的相互干扰会对自旋稳定飞行产生较大的影响。开展了这方面的初步研究,建立了自旋弹道导弹模型,通过时域的仿真初步分析了弹道导弹低滚速的滚动飞行特性,得到了有益的结论。     

现代控制理论在BTT导弹自动驾驶仪设计中的应用

本文应用现代控制理论的状态空间技术进行倾斜-转弯导弹自动驾驶仪设计方法的研究。该方法能够适应俯仰轴和偏航轴之间的陀螺仪和科里奥利交叉耦合。交叉耦合是由可能出现的高滚动角速度引起的。在设计中,可假定滚动角速度是常数,但不是零,这样的自动驾驶仪结构,其俯仰和偏航通道之间的交叉耦合取决于滚动角速度。自动驾驶仪增益也可预定为动压的函数。具有固定增益的降阶广义卡尔曼滤波器可用于估算执行机构的状态和指令加速度。按照这种方法设计的自动驾驶仪的性能,可用典型的高性能战术导弹动力学通过六自由度仿真来评估。从小的脱靶量和侧滑角来看,所获得的性能是优良的。     

机载布撒器多胞变增益混合H2/H∞控制

针对机载布撒器俯仰通道,提出一种设计多胞变增益混合H2/H∞输出反馈控制器的新方法。通过引入滤波器,得到易于利用多胞技术设计变增益控制器的俯仰通道增广对象,将其凸分解为多胞表示。利用多胞特性将整个控制器的设计转化为对胞体顶点控制器的设计,利用LMI方法对各顶点分别设计满足混合H2/H∞性能指标的输出反馈控制器,综合各顶点控制器得到具有多胞结构的全局变增益控制器。仿真结果验证了该控制器具有良好的性能。     

单脉冲雷达数字接收机幅相不平衡的一种校正方法

给出了单脉冲雷达数字接收机和差三通道幅相不平衡的一种校正方法 ,介绍了这种方法在实际雷达系统中的应用。分析表明 :该方法可以有效校正和差三通道的幅相不平衡 ,提高角误差的测量精度。由于采用数字接收机可以保证接收机对测角精度的影响不随温度漂移而下降 ,从理论上消除了模拟接收机合并通道方法中方位与俯仰通道的互耦和零中频接收机模拟下变频正交双通道幅相不平衡 ,因此具有很高的实际应用价值。     

倾斜转弯导弹三回路鲁棒自动驾驶仪设计

针对倾斜转弯导弹,提出了最优/经典综合设计方法设计自动驾驶仪.该方法应用最优控制设计出俯仰/偏航混合通道三回路自动驾驶仪,设计中同时对开环系统的奇异值频域曲线进行约束,以保证系统具有一定的鲁棒性,获得的三回路自动驾驶仪结构简单,易于工程实现.仿真结果证实了其具有良好的跟踪性能和鲁棒性,也表明该自动驾驶仪能满足倾斜转弯导弹协调倾斜转弯的要求.     

基于LS-SVM的导弹在线误差补偿逆控制

提出一种基于最小二乘支持向量机(least square support vector machine, LS-SVM)在线误差补偿非线性动态逆控制器设计方案。首先运用动态逆的双阶段设计方法设计了导弹的逆控制器,即第一阶段采用动态逆方法设计快回路控制器实现对滚转、偏航和俯仰三个通道角速度的跟踪;第二阶段实现慢回路对滚转角、侧滑角和攻角的跟踪;然后,设计LS-SVM在线补偿器,以增强导弹控制系统的鲁棒性。通过仿真分析,验证了该方法的有效性。     

高超声速制导炮弹终端滑模控制

针对高超声速制导炮弹的动力学耦合与非线性控制问题,设计一种基于反馈线性化的终端滑模控制器。首先,兼顾控制系统设计的简便性要求与高超声速制导炮弹的强非线性特点,建立非线性控制模型。然后,对模型中动力学耦合问题,根据微分几何理论对其进行反馈线性化,实现俯仰通道与偏航通道的解耦。最后,对两通道分别设计终端滑模控制器,且控制器有限时间收敛。仿真结果表明,所设计的控制器能够快速稳定的追踪指令信号,且在外界干扰与参数摄动的情况下依然具有良好的鲁棒性。     

H∞控制在跟踪优化弹道自动驾驶仪设计中应用

应用H∞ 控制理论设计自动驾驶仪 ,其目的是使导弹能够稳定、准确地跟踪已形成的标称优化弹道 ,在导弹拦截目标的过程中沿着优化弹道命中目标。介绍了H∞ 控制理论及在具体设计中的方法 ,以某导弹为研究背景 ,基于标称优化弹道的特征点 ,用该理论和方法设计自动驾驶仪 ,并用六自由度数字仿真验证了设计的正确性和实用性。     

高超声速制导炮弹终端滑模控制

针对高超声速制导炮弹的动力学耦合与非线性控制问题,设计一种基于反馈线性化的终端滑模控制器。首先,兼顾控制系统设计的简便性要求与高超声速制导炮弹的强非线性特点,建立非线性控制模型。然后,对模型中动力学耦合问题,根据微分几何理论对其进行反馈线性化,实现俯仰通道与偏航通道的解耦。最后,对两通道分别设计终端滑模控制器,且控制器有限时间收敛。仿真结果表明,所设计的控制器能够快速稳定的追踪指令信号,且在外界干扰与参数摄动的情况下依然具有良好的鲁棒性。     

敏捷导弹大角度姿态控制系统设计

研究了具有大离轴角及越肩发射能力的敏捷导弹初始段敏捷转弯的控制方法,用反作用喷气控制系统来提供大角度敏捷转弯时大攻角飞行的控制力矩。首先利用时标分离的思想将导弹姿态控制系统的运动学部分和动力学部分分别视为慢变子系统和快变子系统,然后应用动态逆和变结构控制相结合来设计各子系统的控制律;最后,在考虑了导弹各个环节非理想因素的情况下,对导弹进行全耦合状态下三通道联合仿真。仿真结果表明所提出的控制方法,能够有效消除敏捷导弹大角度姿态机动时的结构参数变化以及各种外部干扰的影响,可以很好地控制导弹的大迎角机动飞行,鲁棒性强,简单易行,具有一定的实用性。     

基于滑模观测器的偏置动量卫星姿态跟踪控制

针对在偏航姿态测量信息未知时偏置动量卫星姿态跟踪控制,提出了一种新的滑模观测器及其对应的自适应滑模控制器设计方法。基于滚动轴和俯仰轴信息,设计了一种经过平滑的滑模观测器,抑制高频抖震的同时提高状态估计的鲁棒性;设计的比例积分滑模面,能实现积分滑模控制,抑制稳态误差,优化滑模的全程鲁棒性,并采用自适应方法,对不确定参数进行在线更新,补偿不确定参数的影响。数值仿真结果表明,相对于龙伯格观测器,该方法能提高偏航姿态信息估计精度,在保证系统鲁棒性的同时,滚动和偏航轴姿态跟踪精度分别提高约50%。     

终端能量管理阶段动态逆轨迹控制仿真研究

针对终端能量管理阶段的轨迹控制任务,设计了适用于一种在线轨迹生成算法的俯仰、横航向和动压三通道制导律,其中俯仰通道的双回路控制器设计中使用了动态逆方法。建立了反映内回路特性的三自由度仿真模型以及针对飞行任务的控制系统分析方法,并使用上述方法分析了内回路动态特性、气动力、质量不确定性和常值风场等对轨迹控制效果的影响,三自由度仿真验证了轨迹生成和控制方法的可行性和鲁棒性。     

基于STK的微小卫星姿态控制可视化演示与验证

为了探索微推进器用于微小卫星姿态控制的可行性方案,需要开发微小卫星姿态控制过程的可视化演示与验证平台.以某型号微小卫星为仿真对象,利用Matlab设计了卫星俯仰通道和滚动/偏航通道的姿态控制模型,并实现了卫星姿态控制的数据仿真.基于STK中的STK/Connect模块,实现了卫星姿态控制过程的可视化演示.在可视化过程中,结合某型号微小卫星的案例数据,验证了所设计的卫星姿态控制模型与可视化程序.