目标监视绕飞导引方法研究

针对空间非合作目标近距离监视机动飞行,在给出视线坐标系中两航天器的相对运动数学模型的基础上,建立了跟踪飞行器的轴向轨控发动机模型,提出了直接以发动机产生向心力对目标进行绕飞的控制方法,并完全利用跟踪飞行器上光学相机所提供的观测信息,设计出一种在绕飞面控制视线转率为非零常值,同时在纵平面辅以比例导引的制导方法,使跟踪飞行器能在以目标为中心的近圆相对轨道上飞行.讨论了该方法下可实现绕飞的条件,给出了控制方法,通过数学仿真,验证了该方法的可行性.     

大气层外主动防御三维自适应滑模制导律

针对提高弹道导弹中段突防成功概率问题,提出了主动防御滑模自适应制导律。首先,推导出目标、拦截导弹和防御导弹的三维相对运动方程。其次,基于三角拦截制导策略,利用Lyapunov稳定性理论设计了主动防御滑模自适应制导律(active defense adaptive sliding mode guidance law,AD-ASMG)。该制导律能同时达到两个制导目标:防御导弹处在目标和拦截导弹视线上,保持三点共线;零化防御导弹对拦截导弹的视线转率。最后,针对开关式轨控发动机推力大小不可调节的问题,考虑了发动机动态特性,设计了精确的脉冲宽度调制(pulse width modulation,PWM)控制方法,获得可变的等效力,适应制导指令变化的要求。六自由度仿真结果表明了该制导律的有效性。     

基于优先与公平的城市群一体化混合公路交通网络设计模型

针对连续交通网络设计模型在实际应用中的不足，根据公路改扩建的实际做法，将连续交通网络设计转化为离散交通网络设计，给出混合公路网络设计方法。考虑城市群发展过程中的优先与公平问题，设置不同OD对的优先级，并给出纵向与横向公平性的计算方法．在此基础上构建一体化混合公路网络设计模型，并给出基于遗传算法的求解方法。     

对失控翻滚目标逼近的增广比例导引律控制

针对失控翻滚目标逼近控制问题进行了研究,设计了增广比例导引律控制器。首先在追踪器视线旋转坐标系上建立了追踪器与逼近点的三维相对运动方程,分析了失控翻滚目标的姿态运动特性,在传统真比例导引律基础上引入对逼近点视线方向的控制,采用基于反馈线性化的增广比例导引律对追踪器进行控制。通过数值仿真验证了所设计的增广比例导引律的正确性和良好的控制性能。     

基于动态逆和状态观测的制导控制一体化设计

针对空地导弹的制导控制一体化设计问题,给出了基于扩张状态观测器的动态逆设计方法。建立了导弹纵向通道的制导控制一体化模型,使用动态逆方法对导弹进行了制导控制一体化设计。为克服动态逆方法的缺陷,将制导控制系统的建模误差和未知扰动皆视为不确定性,设计了扩张状态观测器并对其进行估计。仿真结果表明,该方法具有较高的制导控制精度,并满足攻击角约束。     

基于非线性预测方法的开关式导引律设计

以大气层外拦截为背景,研究了带有开关输入的不确定非线性系统的预测控制方法。根据Fliess级数展开理论,得到了系统输出预测值与控制输入以及不确定性的关系式。通过选择二次型代价函数,得到了预测控制中优化问题的描述。由于代价函数中含有不确定性,结合开关控制输入的特点,给出了一种应用非线性规划求解优化问题的方法。最后,将该方法应用到大气层外拦截中,考虑弹-目相对距离及视线转率存在不确定性的情况,设计了开关导引律,并给出了代价函数中加权系数的选择方法。仿真结果表明,该方法在保证拦截精度的情况下,减少了发动机的开关次数。     

视线角约束自适应滑模中制导律

基于导弹和目标相对运动方程,设计了视线角约束自适应滑模中制导律。应用Lyapunov稳定性理论证明了该制导律能使制导系统在有限时间内收敛至滑动模态面;当制导系统进入滑动模态面后,基于积分理论证明了中末制导交班时刻视线角能够收敛至期望值且视线角速率可以收敛至零附近。进一步将该制导律扩展到三维空间的拦截问题。最后,针对拦截正弦机动目标进行了仿真。结果表明:设计的制导律鲁棒性强,引起的交班误差小。     

强迫绕飞无控旋转目标的控制策略

针对无控旋转目标航天器强迫绕飞的控制策略问题,强迫绕飞时要求追踪器对无控旋转目标器具备视线指向的能力,以便在较短的时间内进行全面观测。首先分析了无控旋转目标的姿态及运动特性,在视线旋转坐标系上建立了追踪器与目标器的三维相对运动方程。将追踪器对目标器的绕飞问题转化为视线瞬时旋转平面内的二维控制问题,采用基于模糊切换增益调节的滑模控制器对视线方向和垂直视线方向的目标运动进行了控制。数值仿真验证了所提控制策略的有效性。     

一类新型飞行器复合控制研究

首次推导了基于质量控制和推力矢量控制的一类无尾无舵翼碟形飞行器的空间六自由度运动动力学方程。以纵向运动为例，对模型进行了合理的简化，进行了稳定性分析和控制器设计，给出了不同控制的仿真曲线。最后进行了飞行仿真研究，给出了六自由度飞行轨迹仿真曲线，证明了控制器设计的有效性，为深入探讨质量，推力矢量复合控制奠定了基础。     

多约束多输入拦截器姿轨一体化复合控制

针对临近空间动能拦截器，提出了一种高精度、低能耗的姿轨一体化复合控制方法。首先，基于拦截器运动学、动力学方程、执行机构特性及全捷联导引头结构，建立了全捷联姿轨复合控制拦截器制导控制系统模型；其次，利用反正切函数设计了包含体视线角约束的映射函数，并针对姿轨耦合问题，结合高阶滑模控制设计了姿轨一体化复合控制律，在满足体视线约束和交会角约束的同时，完成了多个控制任务；最后，基于李雅普诺夫稳定性理论证明了控制律控制下系统的稳定性，并通过仿真验证了一体化设计方法的优越性、映射函数约束的有效性，以及控制律的鲁棒性。     

无动力无人机进场阶段三维Dubins路径跟踪方法

针对无人机进场阶段失去推力后,如何使其跟踪一条给定进场路径这一特殊情况,提出了一种3维Dubins路径跟踪方法,该方法首先利用Dubins曲线解决无人机故障位置任意性及其路径求解实时性高的路径规划问题;然后为了跟踪所生成的3维Dubins路径,设计了一种基于切换平面的自适应非线性制导方法,其中切换平面用来解决圆弧制导与直线制导之间的过渡问题,而自适应规则降低横纵向制导律之间的相互影响,从而提高了系统的跟踪精度。最后通过仿真实验验证了该方法的有效性。     

带多约束的多弹分布式自适应协同导引律

针对网络化制导弹药打击近岸机动目标的末制导段,基于协同一致性理论与Lyapunov稳定性理论,提出了一种分布式模糊自适应协同导引律。考虑攻击角约束和视线角速率测量受限,构建协同导引系统的状态空间。设计扩张状态观测器(extended state observer, ESO)迅速准确地观测出在视线切向、法向与侧向上的不确定干扰。在视线切向,运用积分滑模设计分布式协同控制量,保证命中时刻在有限时间内趋于一致。在视线法向与侧向,设计了具有自适应指数趋近律的非奇异终端滑模,运用了弹目相对距离与接近速率信息,使终端视线角跟踪误差与视线角速率在有限时间内收敛至零。引入具有万能逼近性的模糊自适应系统(fuzzy adaptive system, FAS),既消除了由滑模切换项诱发的控制量高频抖振,又确保了系统一致最终有界(uniformly ultimately bounded, UUB)。仿真实验表明:与非奇异终端滑模方法相比,该导引律使组网弹药能够以更好的导引性能攻击机动目标。     

基于能量和解析预测校正的滑翔制导

针对高超声速滑翔问题,提出了一种基于能量和解析预测校正的滑翔制导方法。所提方法分纵向制导和侧向制导两部分。在纵向,利用准平衡滑翔条件建立了待飞距离与能量、倾侧角之间的解析数学关系,实现了对待飞距离的解析预测,并结合校正算法在线确定倾侧角指令大小,以满足对待飞距离和能量的要求,同时为了实现准平衡滑翔和满足终端高度、速度约束,进一步提出了基于高度的攻角指令调节方法;在侧向,提出了一种基于横程和待飞距离的侧向运动边界,以确定倾侧角符号和控制终端侧向偏差。与传统数值预测校正制导方法相比,所提方法的计算量和耗时显著减小,并且具有较好的精度和适应性。     

带有角度约束的机动目标拦截协同制导律

研究了多枚导弹同时拦截高机动目标情况下的制导律设计问题。基于终端滑模控制方法和一致性原理设计了多枚导弹协同制导律,实现所有协同导弹的视线角速率在有限时间内收敛到零,视线角收敛到期望的角度。在视线方向上,能够保证多枚导弹具有相同的拦截时间。基于双曲正切函数,所提出的未知上界的在线估计算法有利于减小输入通道的切换增益和抖动。利用Lyapunov稳定性理论,对所设计的闭环系统给出了严格的稳定性证明。在仿真研究中,进一步验证了所提出的协同制导律的有效性。     

固体火箭助推段终端多约束能量管理制导研究

针对高超声速飞行器投放任务要求,开展了固体火箭助推段终端多约束能量管理制导研究。根据三级固体火箭第三级飞行特点,提出一种基于纵向、侧向联合设计制导方法。纵向在高度时间剖面内生成名义轨迹,并完成跟踪制导律设计,实现终端高度、当地弹道倾角和攻角约束。侧向采用两次反向的修正交变姿态控制能量管理(alternate attitude control energy management, AEM),并通过预测校正相关参数,提高速度控制精度,实现侧向位移收敛。仿真结果表明,本方法可实现不同终端约束制导任务需求,具有在线自适应能力。     

New three-dimensional guidance law for BTT missiles based on differential geometry and Lie-group

A new non-decoupling three-dimensional guidance law is proposed for bank-to-turn (BTT) missiles with the motion coupling problem.In this method,the different geometry is taken for theoretically modeling on BTT missiles’ motion within the threedimensional style without information loss,and meanwhile,Liegroup is utilized to describe the line-of-sight (LOS) azimuth when the terminal angular constraints are considered.Under these circumstances,a guidance kinematics model is established based on differential geometry.Then,corresponding to no terminal angular constraint and terminal angular constraints,guidance laws are respectively designed by using proportional control and generalized proportional-derivative (PD) control in SO(3) group.Eventually,simulation results validate that this developed method can effectively avoid the complexity of pure Lie-group method and the information loss of the traditional decoupling method as well.     

运用比例导引实现对目标卫星的拦截

运用比例导引实现对目标卫星拦截的中制导方法进行了研究。在发射惯性坐标系中由已知目标卫星和拦截器的实时绝对状态参数构造两者的相对运动参数,由此形成导引信号,调整拦截器姿态,得到正确的推力矢方向,然后在拦截器体坐标系中执行制导指令,达到抑制视线转率的目的。为此,提出了多种导引方案,并进行了比较,还给出了选择开关曲线的方法。计算结果表明,在中段运用比例导引可保证向末制导转换时有较高精度的转换条件。     

Polytopic LPV modeling and gain-scheduled switching control for a flexible air-breathing hypersonic vehicle

A novel gain-scheduled switching control method for the longitudinal motion of a flexible air-breathing hypersonic vehicle (FAHV) is proposed.Firstly,velocity and altitude are selected as scheduling variables,a polytopic linear parameter varying(LPV) model is developed to represent the complex nonlinear longitudinal dynamics of the FAHV.Secondly,based on the obtained polytopic LPV model,the flight envelope is divided into four smaller subregions, and four gain-scheduled controllers are designed for these parameter subregions.Then,by the defined switching characteristic function,these gain-scheduled controllers are switched in order to guarantee the closed-loop FAHV system to be asymptotically stable and satisfy a given tracking error performance criterion.The condition of gain-scheduled switching controller synthesis is given in terms of linear matrix inequalities(LMIs) which can be easily solved by using standard software packages.Finally,simulation results show the effectiveness of the presented method.     

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。