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.     

基于滑模变结构的弹道跟踪制导律设计

针对防空导弹弹道跟踪问题,基于滑模变结构理论设计了一种弹道跟踪制导律。首先,采用弹道坐标变量而不是时间变量对导弹质点运动模型线性化,得到允许扰动范围更大的线性化模型;接着,基于单输入线性系统滑模变结构控制理论设计滑模面和制导指令,并给出制导系统工作原理;最后,在一定干扰作用下,将所设计的跟踪制导律应用于导弹质点运动仿真,从模型优劣、抑制随机风干扰能力、鲁棒性等方面进行分析,并与线性二次型调节器（linear quadratic regulator, LQR）跟踪制导律进行了比较,结果表明,该线性化模型与以时间为自变量的线性化模型相比具有一定优势,且滑模制导律对模型不确定性具有更好的鲁棒性。     

三维末制导律的鲁棒动态逆设计方法研究

考虑到真实的导弹目标拦截都是在三维环境下进行的,因此在三维球坐标系下建立了导弹目标的相对运动学方程。针对方程中的强非线性因素和不确定因素,基于零化导弹目标视线转率的思想,应用动态逆方法设计了鲁棒的末制导律。在该制导律的设计过程中不进行小角度假设,不进行剩余时间的计算。仿真结果表明该制导律能够对付一定的目标机动,且脱靶量小。     

基于SDRE的变体飞行器LPV稳定控制

针对变体飞行器飞行过程中存在的外部扰动和参数不确定性问题，提出一种基于状态相关黎卡提方程(state-dependent Riccati equation, SDRE)的线性变参数(linear parameter varying, LPV)稳定飞行控制方法。首先，基于变体飞行器的气动参数模型和纵向非线性动力学模型，综合考虑外部扰动、系统参数误差以及变形产生的附加干扰，并通过雅克比线性化方法，得到LPV系统模型。其次，针对考虑复合干扰的LPV模型，设计基于SDRE的控制律，并利用θ-D方法进行求解。最后，利用蒙特卡罗方法仿真验证了所提方法能够有效抑制复合干扰，实现飞行器的稳定飞行控制，具有较强的鲁棒性能和抗干扰能力。     

基于终端滑模理论的攻击时间控制制导律

为实现导弹的攻击时间控制,基于导弹和目标的相对运动模型,对静止和匀速运动目标条件下的攻击时间控制制导问题开展了研究。根据静止目标条件下的导弹前置角理论计算公式,构造了关于前置角跟踪误差的滑模切换面。基于终端滑模理论,设计了一种无奇点的攻击时间控制制导律。对所设计制导律的收敛性及相关参数的取值范围进行了理论分析,证明了该制导律满足Lyapunov稳定性条件,并且不存在奇点。利用落点预测理论对制导律进行了推广,使所设计制导律能够实现匀速运动目标下的攻击时间控制。在不同条件下进行数值仿真,验证了制导律的有效性。     

基于非奇异Terminal滑模的导弹末制导律研究

结合导弹拦截的精确末制导问题,提出了一种基于非奇异Terminal滑模的鲁棒末制导设计方法。基于Terminal滑模控制中滑模面上的跟踪误差能够在有限时间内收敛到零的思想,在末制导滑模中引入非线性项,代替传统线性变结构滑动模态的设计,同时将目标的机动加速度视为已知的有界扰动,并实时对极值进行自适应估计,推导出一种非奇异Terminal滑模制导律(TSMG)。导弹在TSMG制导律的导引下,弹目视线角速度可以快速收敛,从而保证导弹有很高的命中精度。仿真结果表明非奇异Terminal滑模制导律设计的有效性。     

带视线角约束的三维超螺旋滑模协同制导律

针对三维情况下带视线角约束的多弹协同制导问题，基于二阶一致性理论和自适应超螺旋滑模控制方法提出了一种新的三维多弹协同制导律。在视线切向方向，设计了一种协同方法，并利用二阶一致性理论，证明了导弹的相对距离和相对速度能在有限时间内趋于一致。在视线高低角和方位角方向，设计了一个新的滑模面，并利用自适应超螺旋滑模控制方法，证明了在该制导律下导弹能够在有限时间内实现期望视线角且视线角速率收敛到0。所采用的自适应超螺旋滑模控制方法能有效解决传统的滑模抖振问题，且对机动目标有一定的鲁棒性。最后，在仿真实验中，通过对比分析验证了所提出的制导律具有更高的制导精度。     

基于二阶滑模控制的微分几何制导律

针对机动目标拦截设计了一种零化视线角速率的微分几何制导律。首先,基于古典微分几何原理,对弹目拦截的空间几何关系进行分析,建立了弹目拦截的相对运动学模型;其次,针对外界干扰对非线性仿射系统的影响,设计了二阶滑模变结构控制器,并对控制器的稳定性和有限时间收敛性进行了分析。再次,以二阶滑模控制器为基础,将目标机动作为外界扰动项,基于零化视线角速率的思想设计微分几何制导律。为克服解耦条件下带来的信息丢失,利用李群理论,给出了非解耦条件下导弹制导曲率指令和挠率指令的计算方法,同时为避免拦截过程中制导指令出现奇异,对拦截的初始条件进行了研究,给出了导弹拦截目标的捕获条件。最后仿真表明,所设计的微分几何制导律制导精度高,拦截时间短,过载变化较为平稳,相对于传统的非线性微分几何制导律,大大提升了制导性能。     

适用于超低空拦截的复合制导律设计方法

防空导弹在拦截超低空目标时，多径效应的存在会大大降低导弹雷达导引头探测跟踪目标的精度。为降低多径干扰的影响，可将弹目视线角(line of sight, LOS)约束在布儒斯特角附近，但是多数的研究仅仅是在弹目交汇处将其约束至布儒斯特角。基于模型预测控制可跟踪期望LOS的特点,设计出一种模型预测制导律。针对超低空目标机动扰动对制导精度的影响,设计了滑模扰动观测器对目标加速度进行估计。最后,将模型预测制导律与目标加速度的估计值相结合设计了一种复合模型预测制导律。仿真结果表明,采用复合制导律能够保证拦截弹以期望的布儒斯特弹道对超低空目标进行跟踪和拦截,同时可将LOS速率收敛至0,最大程度降低多径干扰的影响,从而提高拦截精度。     

基于鲁棒精确微分器的分数阶滑模制导律设计

针对具有碰撞角约束的机动目标拦截问题, 提出一种有限时间收敛的分数阶终端滑模制导律。首先, 建立二维平面的导弹目标相对运动模型。其次, 分别选择分数阶滑模面和分数阶趋近律, 设计分数阶终端滑模制导律, 并对制导系统的有限时间稳定性进行了证明。同时, 为准确获得目标机动信息, 提出一种基于鲁棒精确微分器的目标机动加速度估计方法, 对制导律进行补偿。最后, 通过与相关制导律的对比仿真, 验证了所提分数阶终端滑模制导律具有较高的制导精度, 同时可有效抑制滑模抖振。     

基于SDRE具有终端碰撞角约束的非线性微分对策制导律

通过非线性微分对策理论讨论了具有终端碰撞角约束的弹目追逃问题,提出了基于求解状态相关黎卡提方程(state dependent Riccati equation,SDRE)的方法解决该微分对策问题,得到了具有终端碰撞角约束的SDRE解析解。提出的终端碰撞角约束制导律是以弹目视线角速率及碰撞角误差为状态向量进行推导,并研究了闭环系统局部渐进稳定的条件。该制导律不需要进行剩余时间的预测。最后针对目标不进行机动、进行阶跃机动、正弦机动及目标最优机动形式4种情况,进行了制导律的仿真验证,仿真结果表明该制导律对于不同机动目标均具有良好的制导效果且能很好地满足末端碰撞角约束要求。     

基于状态依赖Riccati方程的复合控制导弹自动驾驶仪设计

针对直接侧向力与气动力复合控制拦截导弹的非线性控制问题,设计了基于状态依赖Riccati方程的自动驾驶仪。根据俯仰和偏航通道的非线性动力学模型,通过扩展线性化将其转化为具有状态依赖参数的类线性结构,并针对该类线性结构设计了基于状态依赖Riccati方程的加速度指令跟踪控制器。考虑到直接侧向力由脉冲发动机提供时具有离散特性,分析了实际控制量不能达到理想值时系统的非线性容限,给出闭环系统保持局部渐近稳定的充分条件。仿真实例验证了这种设计策略的有效性。     

突防导弹机动、制导与控制一体化设计

为提高导弹的突防能力,提出了一种机动、制导与控制一体化设计的方法。根据运动跟踪变结构控制理论设计了机动与导引协调的制导律。对于导弹飞行过程中存在的强耦合、快时变以及气动参数摄动引起的不确定性等问题,采用自抗扰控制技术设计制导与控制一体化系统。研究结果表明:设计的一体化系统解除了传统制导律对导弹机动性能的约束,显著地提高了导弹的机动灵活性和弹道的复杂程度;一体化控制系统具有良好的动态特性和很强的鲁棒性,能够适应复杂战场环境下的突防需求。     

六自由度导弹制导系统的建模与仿真研究

战术导弹最优制导规律研究是提高导弹制导性能及精度的关键技术之一,需要进行理论研究和大量的仿真计算,以确定最优制导规律和控制系统参数。本文反导弹的空间运动状态用六自由度数学模型来描述,建立了六自由度的导弹运动模型、目标运动模型和相对运动模型等。研究出了进行战术导弹制导系统研究的六自由度仿真软件包,共由十多个模块组成。文中介绍了仿真软件的设计思想和程序结构。应用本仿真软件包可进行战术导弹制导规律专题研     

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。     

基于扰动观测器的终端角约束滑模导引律

为了对导弹攻击机动目标时的终端角进行约束,提出了一种基于扰动观测器的滑模导引律。将导弹速度的时变、运动目标的机动逃逸等视为对导弹目标相对运动系统的总扰动,采用扰动观测器对总扰动进行有效估计,结合滑模控制理论提出了一种对导弹终端角进行约束的导引律,并基于李雅普诺夫稳定性原理证明了该导引律的渐进稳定性。为满足制导精度并有效地抑制抖振,运用边界层法对该导引律进行了改进,分析并确定了制导精度、边界层厚度和导引律系数之间的关系。仿真结果表明,该导引律具有良好的导引性能和鲁棒性,且与普通的滑模导引律相比,具有较小的导弹最大法向加速度和较平缓的法向加速度变化过程,有利于工程实现。     

An impact angle constraint integral sliding mode guidance law for maneuvering targets interception

An integral sliding mode guidance law(ISMGL)combined with the advantages of the integral sliding mode control(SMC)method is designed to address maneuvering target interception problems with impact angle constraints.The relative motion equation of the missile and the target considering the impact angle constraint is established in the longitudinal plane,and an integral sliding mode surface is constructed.The proposed guidance law resolves the existence of a steady-state error problem in the traditional SMC.Such a guidance law ensures that the missile hits the target with an ideal impact angle in finite time and the missile is kept highly robust throughout the interception process.By adopting the dynamic surface control method,the ISMGL is designed considering the impact angle constraints and the autopilot dynamic characteristics.According to the Lyapunov stability theorem,all states of the closed-loop system are finally proven to be uniformly bounded.Simulation results are compared with the general sliding mode guidance law and the trajectory shaping guidance law,and the findings verify the effectiveness and superiority of the ISMGL.     

突防弹与EKV对抗数字仿真系统设计与实现

为更好进行机动突防及拦截仿真研究,设计了一个弹道导弹与大气层外动能拦截器（EKV）攻防对抗的数字仿真系统。在统一的空间与时间中,建立了弹道导弹的飞行状态模型、拦截导引模型、剩余飞行时间估计、脱靶量计算等系统算法模块,并对目标机动突防、比例与最优导引拦截等想定进行数字仿真。结果表明：该系统可在多种对抗环境下检测攻防性能,采用模块化设计便于算法升级或想定变换,为拦截、规避性能评估,攻防对抗策略研究等提供性能测试平台。

Abstract：

To research on missile maneuver and intercepting simulations better, a numerical simulation system for onrushing missile versus intercepting EKV was set up. With the same coordinate system and clock, the ballistic missile flight state model, EKV guidance model, the time-to-go estimation algorithm and miss distance calculation algorithm were all accomplished. At last, the scenarios that target maneuver, interceptor guided by proportional navigation （PN） and by optimal guidance law （OGL） were simulated in the simulation system. It indicates that the system can run well in such scenarios. It is designed by modularization that makes it easy to upgrade algorithm or scenario. The system provides a nice performance test flat roof to the missile maneuver, intercepting and drawing a counterplot.     

现代战机的导引及其控制律仿真研究

借鉴导弹导引理论对现代战机的导引机理进行了探讨，推导出一种基于时间最优的飞机导引控制律。与导弹导引侧向加速度作控制指令的常规方法不同，该控制律直接采用航迹角作控制变量，即借助拦截末端的几何关系获得末端视线角，末端视线角与当前航迹角的误差作为控制量，实现导引控制。仿真表明：应用此导引律，导引时间最短，轨迹最平直，适用于载机导引控制。