具有侧向脉冲推力的旋转导弹建模与控制研究

针对具有气动舵和侧向脉冲推力复合控制的自旋导弹,在准弹体坐标系中建立完整的动力学模型,由于侧向脉冲推力的离散事件特性,提出运用混杂系统理论的方法设计其复合控制自动驾驶仪。根据系统的特性将自动驾驶仪划分成两种不同的工作模式,针对不同的工作模式分别设计不同的控制方法,通过两种模式之间的切换实现导弹的快速响应和能源的合理分配。最后进行仿真检验该自动驾驶仪的有效性,并将仿真结果与气动舵单独控制时的结果作了对比,表明通过复合控制显著改善了导弹的动态响应特性     

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。     

基于模糊小波网络的防空导弹自动驾驶仪设计

针对防空导弹的飞行控制问题,提出一种基于模糊小波网络的导弹自动驾驶仪设计方法。该方法利用模糊小波网络良好的学习和参数自调整能力,因而使建立的系统辨识器及控制器能够很好地近似系统动态特性,逼近最佳控制效果。给出了应用该方法的具体实现步骤,结合导弹飞行的全弹道典型特征点参数,通过仿真实验说明了设计方法的有效性。     

基于直接力控制的导弹高精度末端导引方法研究

采用直接力控制的拦截导弹具有自身控制不连续、目标机动能力强、要求直接命中等特点，因此需要一种精度高、适应性强耳较睿脉冲发动机的导引律。以某型末端采用直接侧向力控制的反导导弹为背景，基于变结构控制理论设计了一种导引律，该导引律以可测量信息为基础，十分易于工程实现。最后进行了三维弹道仿真，结果表明：所设计的导引律攻击精度明显优于比例导引律，尤其是在目标机动较大情况下，保证了脱靶量在米级以内；所设计的导引律在制导初期对误差进行修正，因而末端弹道更为平直，同情况下所消耗的姿控发动机数目更少。此外，所设计的导引律基于较大交会角的拦截而非逆轨道拦截，因而发射阵地更灵活、发射准备时间更短。     

BTT导弹非线性自动驾驶仪最优滑模设计

针对BTT导弹的飞行控制问题,提出了一种基于θ-D方法的最优滑模非线性自动驾驶仪设计方法.把导弹动态模型转化成一个级联的二回路系统结构,外环控制器的设计是基于θ-D近似方法的最优控制方法,内环控制器设计采用的是滑模控制方法,内环控制器所跟随的滑模面方程由外环最优控制得出.对所设计的非线性控制器进行了仿真分析,结果表明基于θ-D方法的最优滑模自动驾驶仪在非线性导弹飞行控制中具有较高的控制精度和很好的鲁棒性.     

基于自适应模糊快速终端滑模控制的导弹自动驾驶仪设计

针对一类多输入多输出非线性不确定系统,提出了自适应模糊快速终端滑模控制方法并应用于导弹自动驾驶仪的设计。利用模糊系统具有以任意精度逼近非线性系统的能力对未知干扰和不确定性进行逼近,并通过鲁棒项提高了系统性能。基于Lyapunov方法,证明了闭环系统所有信号渐进收敛。最后利用本文提出的控制方案设计了6自由度导弹的自动驾驶仪,仿真结果表明了控制方案的有效性和鲁棒性。     

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。     

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。     

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。     

反作用射流控制导弹的自动驾驶仪H∞设计方法

空气舵与反作用射流复合控制的导弹，由于侧向喷流与外流场的相互作用，其空气动力学特性比传统空气舵控制要复杂的多，一般难以建立较为准确的数学模型，因此要求其自动驾驶仪具有更好的鲁棒性。用H∞控制理论，对具有这种复合控制的自动驾驶仪进行了设计，通过权函数的合理选择，可以控制空气舵和反作用射流发动机的混合工作方式，同时具有满意的鲁棒稳定性能。仿真结果表明，H∞控制理论用于这类导弹的自动驾驶仪设计是可行的。     

基于AGA的导弹控制系统自动化设计

鉴于传统的设计基于摄动理论和系数冻结法,将控制回路分成角稳定、质心稳定回路,存在工作量大、结果不是最优且有一定的盲目性等缺陷,为此,引入改进的自适应遗传算法,实现了基于性能分析的自动化优化设计整个导弹控制回路参数的目的。所用的遗传算子包括:多参数级联编码方法;选择操作采用比例算子与精英保存策略相结合,交叉和变异概率均采用自适应策略;适应度函数的构造则综合了误差和误差的变化量。仿真结果表明,自适应遗传优化用于自动化设计导弹控制系统是有效的。     

自旋导弹周期等效控制力的研究

基于自旋导弹周期等效控制力的形成原理及计算分析,对周期等效控制力周期的概念有了新的认识并提出了计算方法。在对主控信号与线性化信号的幅值比、主控信号的初相位及线性化信号与主控信号的频率比对周期等效控制力的影响深入分析基础上,对合理选择舵系统各参数提出建议。通过实例仿真计算,表明可以实现周期等效控制力对输入主控信号的较理想的线性关系。     

拦截器姿态控制系统的模糊控制设计方法研究

针对采用姿控发动机进行姿态控制的拦截器,提出了拦截器姿态控制系统的模糊控制设计方法。以拦截器的俯仰通道为例,设计了俯仰通道的姿态控制器,并用MATLAB进行了仿真研究。仿真结果表明,用模糊控制方法设计的姿态控制系统能够较好地实现拦截器的姿态控制。考虑到发动机推力的离散性和干扰的影响,将发动机的输出推力进行正负拉偏1 0 % ,在相同条件下进行了仿真,结果表明姿态控制系统具有较好的鲁棒性     

基于Riccati方程的导弹自适应姿态控制

针对存在参数不确定性的非线性弹体模型,提出基于状态相关Riccati方程的模型参考自适应状态控制方法。首先,针对弹体标称模型,建立特定形式下的Riccati方程,并求得其解析解,获得一种全局渐近稳定的次优控制律。然后,考虑到实际模型与标称模型之间存在的参数偏差会造成控制效果恶化,以标称模型下设计的闭环系统为参考模型,设计自适应控制律通过在线辨识参数使得实际模型趋向于参考模型,并保证跟踪误差和辨识误差有界。仿真结果表明,该控制律能够克服参数不确定性的影响,有效跟踪参考模型下的响应。     

拦截器姿态控制系统切换控制方法研究

为增强拦截器姿态控制系统的鲁棒性,提出了一种切换控制方法来控制拦截器的姿态。该切换控制方法主要包括双重推力水平切换,相平面控制律与准滑模控制律切换和角度反馈切换。给出了高水平推力和低水平推力的切换逻辑,相平面控制与准滑模控制律的切换准则和角度反馈中俯仰角和攻角的切换策略。仿真实验表明,采用切换控制方法所设计的姿控系统可以适应大气层内外飞行,鲁棒性较强。     

Novel backstepping design for blended aero and reaction-jet missile autopilot

The advanced missile uses blended control of nero-fin and reaction-jet to improve missile maneuverability. The blended control design, which is multi-inputs and multi-outputs （MIMO）, severe nonlinear, and model uncertain, is much more complex than conventional nero-fin control. A novel nonlinear backstepping control approach is proposed to design the blended autopilot. Missile model is reformed to a new one by state reconstruction technique so that it is easy to be handled by the backstepping method. Then a Lyapunov function is chosen to avoid oscillation caused in normal backstepping way when control parameters are mismatched. In distribution of both inputs, optimal energy logic is proposed. In addition, a fuzzy cerebellar model articulation controller （FCMAC） neural network is used to guarantee controller robustness to uncertainties. Finally, simulation results demonstrate the efficiency and advantages of the proposed method.     

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。     

High-order sliding mode attitude controller design for reentry flight

A novel high-order sliding mode control strategy is proposed for the attitude control problem of reentry vehicles in the presence of parametric uncertainties and external disturbances, which results in the robust and accurate tracking of the aerodynamic angle commands with the finite time convergence. The proposed control strategy is developed on the basis of integral sliding mode philosophy, which combines conventional sliding mode control and a linear quadratic regulator over a finite time interval with a free-final-state and allows the finite-time establishment of a high-order sliding mode. Firstly, a second-order sliding mode attitude controller is designed in the proposed high-order siding mode control framework. Then, to address the control chattering problem, a virtual control is introduced in the control design and hence a third-order sliding mode attitude controller is developed, leading to the chattering reduction as well as the control accuracy improvement. Finally, simulation examples are given to illustrate the effectiveness of the theoretical results.