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.      

真比例导引反高速目标拦截能力分析

针对反高速目标拦截作战过程中拦截弹中末制导交接班时刻状态约束设置的问题,分析了真比例导引制导律的拦截能力。首先,通过分析末制导阶段拦截弹和目标的相对运动关系,推导得到了成功拦截目标的充分必要条件以及目标速度前置角需要满足的约束范围;其次,在中末制导交接班不满足拦截条件的情况下,针对拦截高速非机动目标作战情形,通过分析拦截弹速度前置角和目标速度前置角的变化关系,给出了真比例导引静态捕获区(static capture region,SCR)的定义以及构成;然后,针对拦截高速机动目标作战情形,结合目标速度前置角约束范围得到了真比例导引动态捕获区(dynamic capture region,DCR)的定义以及构成;最后开展了3种情形下的数字仿真,验证了真比例导引拦截能力分析的合理性和有效性。     

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.     

高机动导弹非线性自动驾驶仪动态面控制

提出了高机动非线性导弹自动驾驶仪的动态面控制器设计方法,该方法基于光滑二阶动态滑模,所设计的虚拟控制足够光滑,在利用反步法设计内环控制器时不需要进行积分滤波,克服了反步法所带来的项数膨胀问题.二阶动态滑模控制器能够对非匹配不确定性或未建模动态进行补偿,并且比传统滑模有更高的跟踪精度.在考虑了系统不确定性和外部干扰的情况下,仿真结果显示所设计的控制器有较强的鲁棒性和控制精度.     

两轴平台式导引头伺服系统预设性能控制

为了提高两轴平台式导引头伺服系统的动态跟踪性能和鲁棒性,提出一种不依赖初始误差的预设性能控制方法,通过设计一种新的性能函数,取消了对初始误差必须可知的限制,简化了控制器的设计.针对该系统面临的复杂干扰、参数摄动等问题,以及跟踪精度要求高的特点,本文采用的预设性能控制方法可以将角度以及角速度误差控制在设定的性能函数界之内,从而保证了系统响应的动态和稳态特性.文中对算法的稳定性进行了Lyapunov证明,保证了系统的稳定性.仿真实验表明,文中的方法鲁棒性强、精度高,进一步提升了系统的跟踪性能.同时,算法的结构简单,应用前景广阔.      

∑-△调制器的高阶滑模设计

由于高阶滑模与传统滑模(一阶滑模)相比有更高的控制精度,把高阶滑模控制引入到∑-Δ调制器设计中来。在设计中,把高阶∑-Δ调制器看成一个带反馈的非线性动态系统,并把系统分成被控对象和控制器,然后应用高阶滑模进行控制设计。作为示例,用二阶滑模对三阶∑-Δ调制器进行了设计,仿真结果表明,基于高阶滑模控制设计的调制器信噪比高、量化误差小。     

基于邻域最优控制的跟踪制导律设计

针对拦截临近空间高超声速飞行器的中制导过程,设计了一种基于邻域最优控制（NOC）的跟踪制导律.首先,采用高斯伪谱法离线设计得到满足终端约束与过程约束的标称最优弹道;其次,为了对标称弹道进行精确跟踪,将弹道满足的一阶最优性必要条件进行二阶变分,在标称弹道邻域内得到一条满足二阶最优的修正弹道;最后,应用间接高斯伪谱法,在离散的勒让德-高斯（LG）点上将转化后的两点边值问题离散为代数方程进行矩阵求逆运算,利用标称弹道数据求得反馈控制律.仿真结果表明,该方法能有效地消除跟踪误差,并且能够满足在线实施的要求.      

基于正切Sigmoid函数的跟踪微分器

通过引入神经网络中的正切Sigmoid激励函数和终端吸引子函数,构造了一种非线性跟踪微分器。采用完备的稳定性理论证明了所设计跟踪微分器的渐近收敛性,并通过扫频测试分析其频域特性,总结出参数整定规则。和之前的文献相比,进一步优化了跟踪微分器的结构,整合了功能重叠的参数使得更易调参。同时,加入了终端吸引子函数降低高频信号引起的颤振使得噪声抑制能力更强。仿真结果表明,所设计的跟踪微分器具备对包含一定噪声干扰的正弦信号的滤波和求导能力,且响应速度快、精度高,具备对方波信号的快速稳定跟踪和广义导数逼近的能力,且具有更强的噪声抑制能力。     

地空导弹与空中目标遭遇点预测模型和算法

导弹与目标的遭遇点坐标是地空导弹指挥控制系统进行射击指挥决策的关键依据之一,必须建立精准快速的预测模型或算法.‘针对非机动空气动力目标,研究了遭遇点预测的解析模型和迭代算法.解析模型中,将导弹引导过程近似为平行接近法,导弹匀速飞向瞬时遭遇点;迭代算法中,根据导弹常用的视线法和比例导引法解算导弹的运动学弹道,来预测瞬时遭遇点坐标.仿真分析表明,解析模型和迭代算法设计合理有效,前者简捷快速,适用于作战单元指挥控制系统;后者较为精准,实时性好,适用于火力单元指挥控制系统.两种方法都具有较强的工程应用价值,为指挥控制系统研制提供实用的模型技术支持.     

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。