导弹协同作战编队飞行控制系统研究

提出了具有3个回路的导弹协同作战编队飞行控制系统,分别对3个回路进行设计分析,并重点分析导弹的四维制导控制外回路和编队控制回路。面向具有过载自动驾驶仪内回路的增广飞控系统,设计了基于总能量控制理论的高度/速度解耦控制器,能够实现导弹制导控制外回路的高度/速度解耦。基于导弹编队队形的位置偏差关系设计了导弹编队控制器,最后综合3个回路构成了导弹编队飞行控制系统。仿真结果表明,各回路以及导弹编队控制系统具有很好的控制性能,能够快速、稳定地完成导弹编队的队形调整动作,进而实现任务规划系统对导弹编队提出的作战任务。     

基于L_1自适应的过载驾驶仪设计与全弹道仿真

本文针对便携式自寻的反坦克导弹进行了基于L_1自适应控制理论的导弹过载自动驾驶仪设计与全弹道仿真验证.首先建立了面向L_1自适应控制的便携式自寻的反坦克导弹动力学数学模型,然后基于L_1自适应控制理论和增益调度思想,针对动力学参数时变特性设计了导弹过载自动驾驶仪,并进行了响应性能仿真验证,最后在导弹飞行速度时变情况下设计了一种改进的弹道成型制导律,并将L_1自适应过载自动驾驶仪和弹道成型制导律结合在一起,进行了便携式自寻的反坦克导弹全弹道仿真.研究表明,本文设计的过载自动驾驶仪能够在导弹动力学参数快速时变且存在不确定性的情况下很好地响应过载指令,所提出的弹道成型制导律能使导弹以大落角近距离攻击目标顶部,且满足系统框架角、攻角、过载等约束条件.     

固定翼无人机编队构型与通信拓扑优化

本文研究了考虑攻防对抗态势与最小信息流要求的固定翼无人机(unmanned aerial vehicles, UAVs)编队构型与通信拓扑优化问题。建立了编队构型指标体系, 给出了大规模集群分层编队构型设计模型和编解码方法, 提出了基于态势场的队形模型, 采用粒子群算法开展了队形参数优化。建立了通信网络拓扑效能指标体系, 提出了通信代价模型, 给出了基于Q学习的网络连通性控制算法。仿真算例验证了所提方法的有效性。     

基于图Laplacian的多机编队目标跟踪方法

针对多无人机目标跟踪问题中存在的相位协同时间长和跟踪目标速度受限问题,基于图Laplacian方法提出一种分布式多机编队目标跟踪算法.首先,将无人机编队队形控制问题转换为基于旋转、缩放和平移的运动参数组设计问题,并通过设计编队控制律,实现动态编队队形的精准生成与变换.其次,将此编队队形控制方法应用到目标跟踪问题上,通过...     

基于大气数据传感器的协同制导控制方法

为研究多弹协同攻击的低成本实现问题,提出一种基于大气数据传感器的捷联导弹协同制导控制方法。首先,对协同制导控制中的状态反馈信息进行分析。然后,研究使用攻角传感器和皮托管代替陀螺仪提供制导控制所需的角度反馈信息的可行性,结合协同制导算法与自动驾驶仪设计方法研究基于大气数据传感器的协同制导控制方法。最后,对该方法进行初步的数值仿真验证。理论分析和仿真结果表明,基于大气数据传感器的捷联导弹协同制导控制具有理论可行性。     

基于大气数据传感器的协同制导控制方法

为研究多弹协同攻击的低成本实现问题,提出一种基于大气数据传感器的捷联导弹协同制导控制方法。首先,对协同制导控制中的状态反馈信息进行分析。然后,研究使用攻角传感器和皮托管代替陀螺仪提供制导控制所需的角度反馈信息的可行性,结合协同制导算法与自动驾驶仪设计方法研究基于大气数据传感器的协同制导控制方法。最后,对该方法进行初步的数值仿真验证。理论分析和仿真结果表明,基于大气数据传感器的捷联导弹协同制导控制具有理论可行性。     

无人机三维编队保持的自适应抗扰控制器设计

针对无人机编队飞行过程中领航无人机在三维空间机动飞行时的编队队形保持问题,构建了无人机三维编队保持控制系统。根据无人机编队飞行三维空间几何学关系,利用无人机自动驾驶仪模型和编队运动学模型建立了旋转坐标系下三维编队飞行的数学模型。在考虑闭环系统存在时变外界干扰的情况下,设计了无人机编队保持的自适应控制器,并基于李亚普诺夫理论,对设计的自适应控制律的稳定性进行了证明。最后通过仿真验证,该控制器能够有效抑制干扰带来的影响,使僚机能够迅速跟随长机机动,并保持编队队形的稳定。     

基于规则的无人机编队队形构建与重构控制方法

针对已有方法在无人机编队队形控制方面的不足,结合无人机系统有限范围感知的特点提出一种基于规则的队形控制方法。首先,利用目标位置选择算法为编队成员选择刚体中的期望位置点,使分布式条件下的复杂无人机编队队形控制问题转化为个体对自身期望位置点的追踪问题;其次,通过控制协议的设计引导编队成员对自身的期望位置点进行追踪和避免碰撞;最后,在netlogo平台上实现了队形的控制;进一步,将目标位置选择算法与基于全局信息的“禁忌搜索”优化算法的效果进行了对比。实验表明:本文的控制方法简单,生成的航迹图简洁、平滑,其效果与基于全局信息的优化效果接近,且可生成任意队形和对突发威胁能主动有效的规避。     

用WSN建立数据链的主从弹协同作战模型

结合无线传感器网络(wireless sensor network,WSN)技术特点,提出一种用WSN建立数据链的主从弹协同编队制导作战模型。论文给出了模型的组成,描述了模型中不同WSN节点的组网方式及网络拓扑,并描述了WSN网络建立及实现过程。推导了基于XX型号导弹的领弹〖CD*2〗攻击弹模式协同编队制导律,并在此基础上仿真分析了不同WSN网络时延对不同期望编队距离下协同编队制导误差收敛性的影响。仿真结果表明,不同编队期望距离具有不同的WSN网络时延容忍度,且期望编队距离越小,时延容忍度越大;在不同的期望编队距离下,编队误差收敛性都随着时延的增加而变差;在网络时延容忍度范围内,期望编队距离越大,完成预期编队队形的速度越快。对时延容忍范围的仿真与分析可为实际战术数据链设计提供一定指导意义。     

数字制导和控制自动驾驶仪的设计

数字硬件的小型化、有效性和价格低廉已经使自动寻的反坦克导弹的数字自动驾驶仪组件在尺寸和价格方面能够同现有的模拟控制器件相比拟。本文讨论根据现行的采样数据技术和方法研制的数字制导和控制自动驾驶仪的设计、实现和验证。人们认为这种控制器已达到现代技术水平,其工作性能相当于或优于模拟式的,并且已经在小型寻的反坦克导弹上实际飞行过。控制器能实现姿态稳定和陀螺滤波等典型飞行控制自动驾驶仪功能,还能对作动器进行控制、对导引头信号进行滤波和对制导进行修整。数字制导和控制自动驾驶促使用激光导引头,自动追踪和命中目标,无需操作手干予制导。     

基于零化视线角速率的非线性预测制导律

利用非线性预测控制理论设计了一种零化视线角速率的预测制导律. 首先, 以弹目视线角速率为反馈项, 最小化预测误差为性能指标, 基于非线性预测控制理论和最优化理论推导出非线性预测制导律, 并对闭环回路的稳定性进行了证明. 其次, 针对制导律中含有的目标机动项信息, 设计了一种基于时间延迟控制理论的滤波算法, 并应用于预测制导律, 最后仿真考虑到导弹的延迟环节, 采用三阶自动驾驶仪模型, 验证了设计的制导律能够有效拦截机动目标, 与传统比例导引相比, 视线角速率变化平稳, 克服了末端视线角速率变化过快而导致过载饱和的情况, 降低了对执行机构的要求.     

基于预测校正的三回路驾驶仪极点配置设计

针对三回路自动驾驶仪设计中,以开环穿越频率为性能指标的极点配置算法存在的缺陷,提出了预测校正开环穿越频率极点配置设计方法。采用该方法完成了某战术导弹三回路自动驾驶仪设计;验证了该方法设计的控制系统比传统方法性能优异,满足期望开环穿越频率性能指标;分析了三回路自动驾驶仪各回路对导弹控制系统发挥的作用。通过实例分析,表明该方法克服了以往极点配置设计方法的缺点,便捷有效,收敛速度快,计算量小,非常适用于三回路自动驾驶仪的设计。     

考虑自动驾驶仪动态特性的多约束中制导律

针对多约束条件下的中末制导交班问题,提出一种考虑自动驾驶仪动态特性的滑模中制导律。首先,建立了考虑自动驾驶仪一阶动态特性的弹目运动模型,根据该模型设计非奇异终端滑模面,并采用自适应滑模趋近律设计有限时间收敛的中制导律。其次,采用扩张状态观测器估计目标机动信息,并将估计值应用于非奇异滑模中制导律中。最后,基于有限时间理论分析了中制导律的有限时间收敛特性。数值仿真结果验证了所提中制导律的鲁棒性强,引起的交班误差小。     

考虑一阶驾驶仪动力学的扩展弹道成型制导系统解析研究

构造了基于time-to-go的负n次幂函数的扩展目标函数,推广得到不考虑驾驶仪动力学的扩展弹道成型制导律。将一阶驾驶仪动力学引入到扩展弹道成型制导系统中,得到三阶线性时变齐次微分方程,利用幂级数解法,求解得到闭环制导系统的位置、速度、加速度解析表达式;根据终端时刻的位置和速度解析结果,得到由一阶驾驶仪动力学引起的脱靶量和终端角度误差解析表达式。利用伴随法对解析脱靶量和终端角度误差的解析结果进行了仿真验证。仿真和解析研究结果表明,当制导时间大于驾驶仪时间常数的15倍以上时,由初始方向误差和终端落角约束引起的脱靶量、终端角度误差都基本收敛到零。     

基于遗传算法的导弹稳定控制回路参数设计方法

本文利用遗传算法（ＧＡ）来优化设计控制系统参数。文中在简要阐述遗传算法的机理及实现的基础上，将遗传算法应用于Ｘ型导弹的弹上稳定回路的参数设计，仿真结果表明了所提方法的可行及有效性。     

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。     

两回路/三回路驾驶仪对闪烁背景下

针对闪烁噪声成为雷达末制导段主要随机误差之一,从控制系统设计的角度研究了闪烁背景下制导精度改进问题。建立了闪烁噪声作用下的制导控制模型,模型中引入了平台导引头动力学,研究了闪烁噪声对制导指令的影响;将控制系统设计指标选择为时域/频域混合的设计指标,选用开环穿越频率约束下极点配置方法完成了两回路/三回路过载驾驶仪的设计,研究了不同控制系统设计指标下的比例导引末制导脱靶量。研究表明,比例导引制导系统采用经典两回路过载驾驶仪时,通过适当增大开环穿越频率、适度减小系统阻尼,可以减小闪烁噪声造成的脱靶量;而当采用经典三回路过载驾驶仪时,则可以通过适当增大开环穿越频率、适当减小二阶阻尼或者增大一阶环节时间常数的方法来减小闪烁噪声下的脱靶量。