可重复使用运载器再入弹道仿真

针对RLV再入特点,应用反馈线性化与模型预测控制相结合,设计了基于控制角与控制力矩间全反馈(非时标分离)条件下的反馈线性化控制器,实现了以控制增量做为优化变量、考虑模型状态和输入约束的模型预测控制器设计,解决了RLV再入模型的多变量耦合、参数不确定等非线性控制问题的平滑控制.最后在Simulink环境下建立了RLV再入仿真模型,应用RtFly快速原型系统完成了再入模型六自由度弹道实时仿真,仿真结果验证了该控制器能够较好跟踪制导参数,满足控制器设计指标和系统实时性要求.     

可重复使用运载器的上升段轨迹线设计

可重复使用运载器的上升段飞行过程较为复杂,其轨迹线设计是一个多约束的非线性规划问题,优化求解较为困难。为形成较为实用的上升段轨迹线设计策略,将上升段分成投放分离段、拉起点火段、动力爬升段和无动力爬升段四段进行分析设计。通过各段运动特点的分析,各段采用不同的轨迹策略,确定所需要设计的参数及其范围,将各种物理约束及末端条件约束转换成适应度函数,最后将轨迹优化问题转化成设计参数的寻优问题,通过具有很强非线性搜索能力的粒子群优化算法对参数进行优化求解。结果表明,设计的轨迹线能很好地满足任务指标。     

重复使用运载器末端能量管理段制导系统仿真

为了对重复使用运载器末端能量管理段制导系统进行研究,根据末端能量管理段的制导策略,搭建了集成的、具有层次结构的制导系统仿真结构,将Matlab/Simulink、Stateflow和GUI有机结合起来,建立了易于维护和扩展的伪5自由度仿真环境。利用伪5自由度仿真环境对末端能量管理段的制导策略和制导规律进行了非线性仿真,结果表明了制导策略的合理性以及RLV伪5自由度非线性仿真环境的通用性和实用性。     

重复使用运载器末端能量管理段轨迹线设计

为了研究重复使用运载器末端能量管理段的下滑轨迹线设计,给出了基于高度和动压的质点动力学的设计方法。首先,将基于时间历程的质点动力学方程转化为基于高度剖面的质点动力学方程,同时利用动压代替速度,使轨迹形状直接和动压约束相关。接着,利用基于动压和高度剖面的质点动力学方程,结合末端能量管理段制导与控制的特点,将不同的轨迹设计问题转化为不同的数学优化问题,并且给出了轨迹设计的数学方法和步骤,主要包括:最陡下滑、最大升阻比下滑和参考下滑轨迹剖面的设计。最后利用上述方法,针对所研究的重复使用运载器的对象特性,设计了具体的轨迹剖面和能量走廊。结果表明此方法具有较强的实用性和工程性。     

弹道导弹滚动突防的鲁棒自适应制导

弹道导弹反激光滚动突防,给制导和稳定技术带来了困难和挑战。为保证弹头命中精度,要求研究鲁棒性、稳定性和精度较高的制导方法。本文结合美国航天飞机的制导律,开发了能满足较大初始偏差、推力偏差和姿态稳定偏差的弹上可实现的鲁棒自适应制导方法。数值仿真结果验证了其可行性和有效性,方法具有实用的参考意义。     

基于收缩序列集的约束PWA系统鲁棒预测控制

针对一类有附加有界扰动的约束离散时间分段仿射系统,提出了一种具有鲁棒稳定性保证的模型预测控制方法.通过多参数规划采用一步预测时域法离线计算具有收缩性质的鲁棒可稳定集系列,把它们作为优化问题的稳定约束,并选择一个鲁棒正不变集作为终端约束,使得优化问题的可行性即保证了系统的鲁棒稳定性.仿真实例表明提出的控制方法可使系统渐近稳定到鲁棒正不变集.     

基于约束规划的小天体接近段鲁棒制导控制方法

以小天体接近段任务为背景,提出了一种基于约束规划的鲁棒制导控制方法。该方法将目标天体引力模型引入轨迹规划过程中,并将具有控制约束与轨迹状态约束的非线性动力学路径规划问题转化为以优化燃耗为性能指标的二阶圆锥规划(second order cone program, SOCP)问题|同时考虑目标天体引力模型与外界干扰等不确定因素对轨迹跟踪的影响,基于模型不确定界设计鲁棒反馈控制律。数学仿真证明,在相同条件下,基于凸规划的制导控制性能无论在制导控制偏差或是状态与控制约束满足方面均优于传统多项式拟合制导控制算法。     

基于模型预测控制的跳跃式再入制导算法研究

针对深空探测跳跃式再入返回飞行任务,提出了一种快速的再入制导算法,该算法基于模型预测控制（model predictive control,MPC）理论和近似动态规划（approximate dynamic programming,ADP）技术,将再入制导问题转化为两点边值问题,然后采用高斯伪谱法（Gauss pseudospectral method,GPM）求解该问题,实现快速制导计算。同时为了达到制导精度和制导效率的综合最优,提出了一种数值预报校正（numerical predictor-cor-rector,NPC）制导算法和快速再入制导算法融合的分段混合制导策略,该策略能对快速制导算法带来的制导偏差进行及时的修正,从而保证制导精度。蒙特卡罗仿真实验表明,与传统的数值预报校正制导算法相比,快速混合制导算法不仅能保证较高的制导精度,而且大幅减少了平均制导计算耗时,具有极大的在线应用潜力。     

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。     

多智能体网络一致性鲁棒H_∞控制问题

研究了具有不确定性的、定拓扑、无向图多智能体网络的一致性问题,采用鲁棒H∞控制的方法,得到了使各智能体渐近一致并满足干扰衰减性能指标的条件。最后,通过数值仿真验证了所得结论的有效性。     

一种动态逆解算的RLV混合规划控制分配研究

可重复使用运载器的飞行包线大,操纵机构多样,根据其飞行状态对各操纵机构进行优化分配使用是必要的。针对可重复使用运载器三轴角运动的耦合,采用动态逆对控制力矩进行解耦计算。为优化各操纵机构的使用并最大限度使用气动操纵面,减小反作用控制系统的消耗,提出了一种混合规划策略来进行控制分配。气动操纵面与反作用控制系统两者之间的力矩采用链式递增分配,气动操纵面饱和后才启动反作用控制系统,而各气动操纵面之间的控制分配采用二次规划求解,反作用控制系统的力矩分配转化成各喷管开关的0-1整数线性规划进行求解。仿真结果表明,采用混合规划的控制分配能很好实现各操纵机构的优化使用。     

RLV末端能量管理段三维制导轨迹推演研究

研究了重复使用运载器(reusable launch vehicle, RLV)末端能量管理段(terminal area energy management, TAEM)三维制导轨迹推演算法。根据初始点和终点的位置、航向、动压,规划动压参考剖面和横侧向参考轨迹,采用基于高度的质点动力学方程推演生成符合过载、动压、终点位置和航向约束条件的三维制导轨迹。横侧向参考轨迹的设计可以分成两步：第一步,消除横向的位置误差,同时减小纵向的位置误差;第二步,消除纵向的位置误差。根据纵向位置误差大小,组合使用三种模态的轨迹予以消除,节省了计算量。仿真计算显示,三维制导轨迹推演算法具有快速、准确、对初始点位置和航向分布鲁棒性强的特点,为在线轨迹设计提供了基础算法。     

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...     

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。     

再入轨迹跟踪控制的非线性方法研究

针对高度变化大,速度变化快的可重复使用飞行器的再入轨迹跟踪问题,选用名为状态相关Riccati方程的一种新型非线性控制方法进行再入轨迹跟踪控制器设计.同时在几乎所有涉及Riccati方程的控制器设计问题中,合适的加权矩阵的选择通常是比较棘手的.针对这个问题,提出了一种有效的权阵选择方法,避免了试凑等传统方法带来的误差和工作量.随后给出了最优再入轨迹跟踪控制器的详细设计过程,并在一定的气动摄动条件下进行飞行仿真.仿真结果表明了这种方案的可行性,实用性和鲁棒性.     

Trajectory shaping guidance law based on virtual angle with terminal constraints

A trajectory shaping guidance law based on virtua angle （TSGLBVA） is proposed for a re-entry vehicle with the constraints of terminal impact angles and their time derivatives. In the view of differential properties of the maneuvering trajectory, a virtual angle and a virtual radius are defined. Also, the shaping trajectory of the vehicle is established by the polynomials of the virtual angle. Then, four optimized parameters are selected according to the theorem of parameters transformation presented in this paper. Finally, a convergent variant of the Nelder-Mead algorithm is adopted to obtain the reference trajectory, and a trajectory feedback tracking guidance law is designed. The simulation results demonstrate that the TSGLBVA ensures the re-entry vehicle to impact a target precisely from a specified direction with smal terminal load factor command, as well as to obtain a maximum or constrained terminal velocity according to various requirements.     

RLV亚轨道再入段制导技术

重复使用运载器亚轨道再入段一般采用航天飞机应急返回发射场的飞行方案,分三个阶段：迎角恢复段、过载保持段和过渡段。该方案的难点是抑制动压,缺点是只有开环制导。分析了动压变化的影响因素,制订了抑制下沉率的制导策略,并给出迎角和过载指令的设计方法。其次分析初始状态偏差和气动升力/阻力系数偏差对动压的影响,提出了根据初始高度调整制导指令和根据下沉率进行过载指令补偿的闭环制导方案。仿真表明设计的轨迹能够满足飞行约束,闭环制导能有效减小最大动压偏差。