高超声速目标拦截含攻击角约束的协同制导律

针对高超声速目标拦截的制导问题,提出了一种带攻击角约束的协同制导律.在垂直弹目视线方向,由攻击角约束得到期望的终端视线角,利用非线性干扰观测器对模型中的干扰进行估计,结合非奇异终端滑模理论设计视线法向加速度指令,保证了每枚导弹与目标之间的视线角速率收敛到0且视线角收敛到期望的终端视线角;在沿弹目视线方向,基于二阶多智能体一致性算法设计视线方向加速度指令,保证了每枚导弹与目标之间的相对距离在有限时间内到达一致,进而保证各枚导弹同时击中目标.通过对4枚导弹协同拦截高超声速目标的情景进行仿真,验证了所设计制导律的有效性.      

基于观测器的有限时间收敛的滑模导引律设计

针对平面内弹目相对运动的末制导问题,考虑影响制导性能的目标机动和弹体动态延迟特性2个主要因素,设计渐近收敛和有限时间收敛的2种滑模导引律。选取具有动态滑模变量的线性滑模面,设计渐近稳定的滑模导引律。进一步在动态滑模变量的基础上,选取具有有限时间收敛特性的线性滑模面,设计有限时间收敛的滑模导引律。在导引律实现过程中,利用非齐次干扰观测器对系统未知扰动进行跟踪估计。在目标进行2种机动情况下,选取不同的动态延迟参数。研究结果表明:数值仿真分别验证了所设计的2种滑模导引律的有效性和可实现性。     

制导控制一体化有限时间收敛控制算法

针对拦截高速机动目标的需求,研究了一种完全制导控制一体化有限时间收敛控制算法。首先,根据传统完全制导控制一体化模型,推导了导弹完全制导控制一体化视线角速率有限时间收敛模型;其次,构造了带补偿函数的非线性滑模切换函数,根据有限时间收敛终端滑模控制理论,设计了基于完全制导控制一体化的有限时间收敛控制算法,并通过自适应方法对系统不确定性的最大值进行了估计、运用高阶滑模微分器对视线角速率和弹目相对距离的高阶导数进行了解算;最后,仿真结果表明,与一般的控制算法相比,论文所设计的有限时间收敛控制算法能够达到视线角速率有限时间收敛,且具有更小的脱靶量和更短的飞行时间。     

一种引入视线角加速度补偿的比例导引算法

针对在大机动目标情况下,现有制导导弹存在的制导律精度不高的问题,提出一种利用导引头测量的视线角速度,进行目标运动信息估计,并把估计的信息引入比例导引律中,提高导弹制导精度。通过对比仿真实验可以看出,引入视线角加速度补偿的比例导引制导算法可以有效对抗大机动目标,具有良好的抗视线角速度测量噪声的能力。     

导弹积分反步制导控制一体化设计

制导控制一体化设计响应快、时延小,能充分考虑制导与控制间的耦合关系,但具有对象模型阶数高、鲁棒性差等特点.借用PI控制思想,将积分控制引入反步控制,设计基于积分反步方法的制导控制一体化算法,增强系统的抗干扰能力,实现对零视线角速率指令的高精度跟踪;通过构造高阶滑模微分器,观测反步控制中所需的视线角高阶微分信息,同时保证观测值对于真值的收敛速度和精度;设计基于浸入与不变的估计器估计目标机动信息,消除目标机动在拦截目标时对脱靶量的影响.仿真结果表明所设计的制导控制一体化算法可以实现导弹对目标的碰撞拦截,抑制目标机动带来的不利干扰,提高系统的鲁棒性.      

一种新型H_∞变结构末导引律设计

为了实现异弹制导的全程鲁棒性,弥补变结构控制在滑模外不具有鲁棒性的不足,该文针对大机动目标,将有限时间区间全信息反馈H∞控制应用于滑模趋近运动段,用其解析解构造变结构趋近律,获得一种具有全程鲁棒性的H∞变结构导引律。分析了滑模运动的可达性和稳定性。仿真表明,与最优变结构导引和比例导引相比,该文设计的导引律制导精度更高,鲁棒性更强。     

基于新型双曲正切趋近律的固定/有限时间姿态控制

本文研究了基于一种新型双曲正切趋近律和非奇异固定时间终端滑模面的固定/有限时间姿态控制方法. 对没有外部干扰的航天器姿态控制问题，本文基于双曲正切函数提出了一种新型的固定时间趋近律，该趋近律只需调节控制参数就可保证滑模变量在固定时间内收敛于原点，接着结合非奇异终端滑模面设计了固定时间姿态控制器，保证航天器姿态在固定时间内收敛于原点. 对存在未知外部干扰的情况，设计了双层自适应有限时间滑模观测器估计外部扰动，基于观测器的输出设计了基于非奇异固定时间滑模面与新型双曲趋近律的控制器来对扰动进行补偿. 数值仿真验证了所提控制方法的有效性.      

非奇异快速终端滑模液位跟踪控制

针对传统终端滑模控制中控制输入奇异和收敛时间长的问题,提出了一种非奇异快速终端滑模(NFTSM)控制方法.该方法由NFTSM滑模面和控制律组成.在此框架下,首先通过在非奇异终端滑模面中引入指数函数和符号函数来设计NFTSM滑模面,其中指数函数用来加快状态远离平衡点时的收敛速度,符号函数用来提升系统稳定性.然后,基于NFTSM滑模面来设计由等效控制输入和切换控制输入构成的NFTSM控制律,该控制律具有能同时实现控制输入非奇异和系统状态有限时间内快速收敛的优势.最后,根据给出的耦合双容水箱模型数学描述,将NFTSM方法应用于耦合双容水箱液位控制中,设计了NFTSM液位跟踪控制器.仿真证明,在存在外扰且参数摄动25%条件下,该控制系统仍能精确跟踪给定液位,表明了NFTSM控制方法的有效性和鲁棒性.     

空空导弹末端制导变结构导引律研究

 空空导弹末端控制(Endgame)段适用的导引规律,必须确保在目标实施最佳逃逸策略时,导弹以最小的脱靶量命中它。由于目标机动特性较难掌握,为了提高导弹的命中精度,在实际工程设计中,要求导弹飞行控制系统具有更高的机动过载和更小的时间常数。而直接力控制技术的引入,可明显提高导弹最大可用过载,减小导弹飞控系统时间常数。本文以比例导引律为基础,将目标机动视为未知的有界干扰,设计一种变结构导引律,利用变结构控制系统的干扰不变特性,克服目标机动的影响,实现目标有界机动条件下视线角速度的零化,使导弹飞行弹道在制导过程的中后段呈现出平行接近法的特性,以改善导弹制导性能。经对制导回路进行稳定性分析,对具有直接力控制与不具有直接力控制的制导系统分别进行仿真分析,表明在Endgame中,变结构导引律比一般的比例导引律脱靶量更小,引入直接力控制后效果更为明显。     

基于非奇异终端滑模的欠驱动UUV航迹跟踪控制

针对欠驱动UUV在模型参数数摄动以及未知恒定海流(对控制器而言)干扰下的水平面直线航迹跟踪控制问题,提出了一种基于非奇异终端滑模的航迹跟踪控制控制策略。首先,利用离散航迹点,规划出期望航迹;然后,基于视线法(LOS)以及Serret-Frenet坐标系,建立起航迹跟踪制导律;进而,将航迹跟踪控制问题转化为航向角的镇定问题。利用非奇异终端滑模控制方法,设计出全局有限时间收敛的动力学控制器。仿真实验结果表明:该跟踪控制策略可以精确地执行水平面直线航迹跟踪任务;对于模型参数摄动以及未知恒定海流,所设计的控制策略具有强鲁棒性。     

一类非线性系统的非奇异Terminal滑模控制

针对一类二阶非线性系统提出新的Terminal滑模控制面以克服传统的Terminal滑模控制的奇异问题,同时确保系统从任何初始状态在有限时间内收敛至平衡点;进一步考虑系统参数摄动和外界扰动等不确定性因素上界的未知性,用Lyapunov稳定性方法给出了一个带有未知性上界参数估计的自适应非奇异Terminal滑模控制的控制.     

一类二阶非线性不确定系统的非奇异Terminal滑模控制

在分析传统的Terminal滑模控制的基础上,发现系统状态虽然能在有限时间到达滑动模态,并在有限时间内收敛到平衡点,但传统的Terminal滑模控制律容易使系统出现奇异问题.为了克服Terminal滑模控制的奇异问题,针对一类二阶非线性不确定系统提出了非奇异Terminal滑模切换函数,并证明了采用非奇异Terminal滑模控制律,不仅避免了系统出现奇异问题,而且能保证系统状态在有限时间内到达滑动模态并收敛到平衡点.最后通过实例比较2种滑模控制方法,仿真结果验证了非奇异Terminal滑模控制的有效性.     

基于鲁棒微分器的全阶非奇异终端滑模再入姿态控制

针对飞行器再入段的强耦合和非线性的问题,提出了一种基于鲁棒微分器（robust exact differentiator,RED）的全阶非奇异终端滑模控制（full-order nonsingular terminal sliding mode control,FONTSMC）方法.首先,设计了一种新的全阶非奇异终端滑模函数,保证在控制器中不存在带有分数次幂项的状态量的导数,同时证明了跟踪误差可以在有限时间内收敛到0;然后,针对该滑模运动方程存在误差二阶导数的特殊情况,引入了超螺旋算法（super-twisting algorithm,STA）作为鲁棒微分器（RED）,避免了由直接采用普通微分器引入的干扰噪声.进一步为了避免滑模控制的抖振问题,采用边界层技术与低通滤波技术共同消除控制量的抖振.最后,仿真结果验证了所设计的控制器可以实现有限时间姿态跟踪控制,且具有较好的鲁棒性.      

变速恒频双馈风力发电机并网的复合控制

针对变速恒频风力发电机并网系统,提出了一种基于终端滑模和扩张状态观测器的转子电流复合控制方法.终端滑模控制不仅可以使得系统状态在有限时间内到达滑模面,而且使得状态在有限时间内沿着滑模面收敛到平衡点,使得发电机转子的d轴电流、q轴电流在有限时间内到达参考值,实现快速收敛和更好的跟踪精度.采用扩张状态观测器观测出系统扰动并进行前馈补偿,这有利于减小终端滑模控制所需要的切换增益而削弱可能的抖振现象,使系统得到更平滑的定子电压波形.仿真结果表明,该复合控制策略对参数摄动和扰动具有更强的鲁棒性,并网系统具有优良的动态性能.     

永磁无刷直流电动机非奇异终端滑模控制系统设计

为了提高无刷直流电动机控制系统的鲁棒性和控制精度,将非线性滑模控制方法引入控制系统中,设计了全局非奇异终端滑模控制律,并证明了所设计控制律可以控制系统从任意初始状态在有限时间内到达平衡点,在滑模面上,控制系统对外界扰动完全免疫.Matlab仿真结果表明,非奇异终端滑模控制方法比线性滑模和传统PID控制方法具有更好的控制效果.     

金属壳谐振陀螺大量程角速率信号检测方法研究

针对传统多回路角速率检测方法无法适应金属壳谐振陀螺大量程应用的难题,提出基于自适应滑模变结构控制器的大量程角速率信号检测方法.通过对典型金属壳谐振陀螺的动力学方程进行分析,建立出包含干扰和参数摄动部分的状态方程;采用指数趋近律选取比例积分滑模面,设计出一种适用于金属壳谐振陀螺的滑模控制器,可有效估计大量程角速率信号.仿真及试验结果表明,该解算方法能够稳定控制金属壳谐振子振型,并能准确检测大量程角速率,满足金属壳谐振陀螺的大量程环境应用.      

一类具有Markov跳跃参数的不确定混合系统滑模控制

针对一类具有Markov跳跃参数的不确定混合系统,基于滑模控制理论,设计了滑模控制器.通过线性矩阵不等式方法,分别给出了匹配不确定和非匹配不确定条件下系统在滑模面上均方意义下指数稳定的充分条件.同时针对这两种不确定性,设计了相应的滑模控制策略,并证明了该控制策略能够确保系统的运动轨迹在有限时间内到达滑模面并一直保持在滑模面上.仿真结果表明,所设计的控制器对不确定混合线性Markov跳跃系统具有很强的稳定性和鲁棒性.     

一种非线性系统积分Terminal滑模的控制系统设计

针对一种非线性动态系统,提出了一种新的非奇异的快速Terminal滑模控制系统设计方法.首先,在分析Terminal滑模设计方法的基础上,为了进一步加速状态在滑模运动的速度,提出了一种快速Terminal滑模,避免了传统Terminal滑模奇异问题,并给出了状态收敛到平衡状态的时间范围.其次,针对含有不确定性的非线性系统,结合反演法设计了有限时间稳定的快速Terminal滑模控制系统.最后,利用数字仿真验证了提出的积分Terminal滑模控制系统设计的有效性.     

一类非匹配不确定系统的滑模控制

研究了一类非匹配不确定系统的滑模控制问题,通过引入适当的状态变换,将系统分解成两个子系统,提出了一种基于二次稳定性的鲁棒滑模面的设计方法;根据滑模控制的到达条件,设计了整个系统的滑模控制器,使得从任意状态出发的不确定系统能在有限的时间内到达滑动面,确保了系统的全局渐近稳定性,仿真结果表明了该控制策略的有效性。