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。     

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.     

基于H∞控制理论的BTT导弹自动驾驶仪设计

针对三通道耦合BTT导弹自动驾驶仪设计问题,提出了应用H∞控制理论对其设计的方法。该方法把俯仰、偏航及滚动通道间耦合作用看作是干扰项,这样从H∞标准状态方程形式上看,导弹模型没有了耦合,从而可以对滚动、俯仰和偏航三个通道独立进行设计。给出了应用该方法的具体步骤。通过三通道导弹控制系统联合仿真研究表明,该设计方法可行,可以很好的抑制耦合干扰,满足设计指标。     

倾斜转弯导弹控制系统设计与仿真研究

倾斜转弯控制技术的控制特点决定了倾斜转弯导弹成为一个强耦合的非线性时变系统,这为其控制系统设计增大了难度。将某型倾斜转弯导弹俯仰、偏航及滚动通道间的耦合作用看作是干扰,然后应用H∞控制理论设计导弹自动驾驶仪。简单有效的方法就是求解代数Riccati方程的正定解,从而可以构造系统的反馈增益矩阵,得到满足要求的反馈控制器,但评估信号的选取是一个关键。通过三通道控制系统联合仿真研究表明,该设计方法可行,设计的自动驾驶仪对倾斜转弯导弹控制效果好,能快速跟踪导引指令,满足设计指标。     

考虑导弹自动驾驶仪二阶动态特性的导引律

基于平面内目标-导弹相对运动方程,考虑导弹自动驾驶仪的二阶动态特性,应用动态面控制方法设计了一种新型导引律。在设计过程中,通过引入一阶低通滤波器,使得导引律的最终表达式中不含视线角速率的高阶导数,更易于实际应用。该导引律有效地克服了导弹控制系统的动态延迟对制导精度的影响。将该导引规律与未考虑导弹自动驾驶仪动态的自适应滑模导引律相比较,对目标非机动、阶跃机动和正弦机动三种情况进行仿真。仿真结果表明,在目标机动加速度快速变化,而且导弹自动驾驶仪存在较大滞后情况下,这种导引律仍具有很高的制导精度。     

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。     

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     

基于参数优化的导弹编队控制一致性算法

为有效克服导弹自动驾驶仪动态特性对编队制导性能的不利影响,结合参数优化方法,提出基于参数优化的导弹编队控制一致性算法。将导弹自动驾驶仪等效为一阶惯性环节,在所建立的编队控制算法基础上,得到闭环制导控制系统方程,应用代数图论证明系统的渐进稳定性,在实现既定队形收敛的同时速度趋于一致。为进一步提高导弹编队系统性能,以编队各成员位置和速度的累计误差建立指标泛函,基于最优控制理论,提出算法中待定系数的优化方法。仿真结果验证了算法的有效性,适用于领从结构导弹编队队形的生成与保持。     

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.     

考虑自动驾驶仪动态鲁棒自适应变结构制导律

对于平面拦截问题,基于Lyapunov稳定性理论,应用滑模趋近律概念,将目标的机动加速度视为一类有界扰动,以视线角速率作为零输出状态变量,甚至不需要知道目标机动的界,考虑导弹自动驾驶仪的延迟,综合设计了一种具有强鲁棒性的末端导引规律。理论分析与数字仿真表明,这种制导律不但具有平直的弹道特性,而且具有很强的鲁棒性和适应性,同时方法简单、易于理解,便于工程应用。     

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。     

基于扩张观测器的三维动态面导引律

为提高导弹拦截高速机动目标的精度,基于自抗扰控制理论的估计补偿思想,设计了考虑自动驾驶仪动态特性和目标机动的三维动态面导引律。首先,建立了考虑自动驾驶仪动态特性的三维耦合制导模型;其次,针对制导模型中所存在的目标机动和测量噪声的干扰,设计扩张观测器估计目标机动和视线角速率,并将其应用到导引律的设计中;再次,基于动态面控制方法设计了三维空间导引律,避免了传统反演控制方法中的“微分膨胀”问题;最后,在目标作不同机动情况下,所设计的导引律与比例导引律、动态面导引律进行比较,仿真结果表明所设计的导引律具有更好的制导性能。     

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。     

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。     

倾斜转弯导弹三回路鲁棒自动驾驶仪设计

针对倾斜转弯导弹,提出了最优/经典综合设计方法设计自动驾驶仪.该方法应用最优控制设计出俯仰/偏航混合通道三回路自动驾驶仪,设计中同时对开环系统的奇异值频域曲线进行约束,以保证系统具有一定的鲁棒性,获得的三回路自动驾驶仪结构简单,易于工程实现.仿真结果证实了其具有良好的跟踪性能和鲁棒性,也表明该自动驾驶仪能满足倾斜转弯导弹协调倾斜转弯的要求.     

带阻尼约束的驾驶仪最速响应鲁棒性设计

在导弹控制系统设计过程中,考虑了自动驾驶仪的高频振荡问题,将其转化为系统的一个约束条件,同时把上升时间转化为目标函数,其他设计指标视为约束条件,采用有约束多目标优化的方法解决了系统鲁棒性设计问题。此方法解决了导弹控制系统设计过程中,由于气动参数拉偏导致控制器参数设计周期较长的问题,并且可以根据具体情况加入所需的约束,为工程设计提供了一种实用灵活有效的设计方法。     

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。     

冲压发动机导弹弹道多目标优化

冲压发动机导弹弹道设计优化与固体火箭发动机导弹弹道优化不同,主要体现在其弹道与冲压发动机推力的强藕合性上.多目标遗传算法是多目标优化的强有力工具,它可以有效的找到Pareto前端,设计人员可以从中选择满意的最佳方案.建立了带冲压发动机导弹优化需要的数学模型,并采用改进的非劣分类遗传算法(Nondominated Sorting Genetic Algorithm Ⅱ,NSGA-Ⅱ)对冲压发动机导弹弹道进行多目标优化,结果表明弹道与冲压发动机推力进行一体化优化可以显著的提高弹道性能.