基于自抗扰算法的导弹制导律设计方法

针对机动目标的拦截方法所能允许的不确定性变化范围非常有限的问题,提出一种基于自抗扰算法的导弹制导律设计方法。该方法将自抗扰控制思想应用于导弹制导律设计,根据空间弹目追逃模型,设计基于自抗扰控制算法的制导律,运用状态观测器对目标机动参数、随机干扰等各种因素引起的未知扰动进行观测并实时补偿,实现了动态反馈线性化和解耦控制,使视线角速度快速趋于零。仿真结果表明:相比于传统比例导引律,该方法的制导精度高,脱靶量低,制导飞行时间短,制导性能有极大提高。     

基于滑模观测器的鲁棒变结构一体化导引控制律

针对测量信息受限的远程制导炮弹精确末制导问题,提出了一种基于滑模观测器的变结构鲁棒控制方法,依据Lyapunov稳定性理论证明了其有效性;应用所提出的方法设计了一种两回路一体化导引控制律。考虑弹体短周期动力学特性及舵回路1阶动力学滞后,视气动参数偏差与目标机动为有界不确定项,建立了两回路导引控制一体化设计模型。外环以零化视线角速率为目标,生成虚拟俯仰角速率指令;内环确保实际俯仰角速率跟踪到外环给出的指令。仿真结果表明,在测量信息受限、存在气动参数偏差和目标机动不确定的条件下,所提出的导引控制一体化设计方法具有高命中精度和良好的过载特性。     

基于自抗扰控制技术的鲁棒制导律设计

利用自抗扰控制技术，设计了一种对未知目标机动具有较强鲁棒性的制导律。运用扩张状态观测器对系统非线性部分、通道间耦合项以及目标机动加速度的总和进行估计，并实时给予动态补偿，实现了动态反馈线性化和解耦控制，然后设计了非线性反馈控制器。仿真结果表明，该制导律能有效抑制视线角速度的波动，保证导弹命中目标。     

考虑导弹自动驾驶仪动态特性的H∞导引律

为拦截机动目标并克服导弹自动驾驶仪动态特性对制导性能的不利影响,提出一种考虑自动驾驶仪动态特性的H_∞鲁棒导引律。将综合制导与自动驾驶仪2阶动态特性的3阶线性时变状态方程表示为多面体线性参变系统,应用线性矩阵不等式（LMI）方法设计了具有参数依赖增益的线性状态反馈形式的新型H_∞鲁棒导引律,参数依赖增益中的系数是通过求解以LMI为约束的凸优化问题得到的。仿真结果表明：尽管不需要目标加速度的任何信息,新型H_∞导引律依然具有较强的鲁棒性,且具有较高的制导精度。     

考虑自动驾驶仪动态特性和攻击角约束的鲁棒末制导律

针对制导弹箭打击机动目标时带攻击角约束的末制导问题,考虑自动驾驶仪动态特性以及目标机动不确定性对制导过程的影响,结合积分滑模与动态面控制方法,设计了一种新型鲁棒末制导律。自动驾驶仪的动态特性以含扰动的2阶动力学模型来表征,目标机动引起的模型不确定性以光滑非线性扰动观测器来估计。滑模面取视线角速率与视线角偏差的组合形式,且引入剩余飞行时间,以使制导弹箭在整个末制导过程中过载性能良好。依据李雅普诺夫稳定性理论证明了闭环系统中视线角速率与视线角偏差均最终一致有界任意小。通过数值仿真与弹道成型制导律及非奇异滑模制导律进行了对比,验证了该末制导律的有效性与优越性。     

速率稳定滚仰式导引头跟踪回路自抗扰控制器设计与仿真

构建了一种速率稳定滚仰式导引头的双通道数学模型。对稳定回路采用速率陀螺反馈控制;对位置跟踪回路分别采用PID控制与自抗扰控制理论设计了控制器。通过仿真计算研究了控制器的动态性能、跟踪精度以及对外界干扰的鲁棒性。仿真结果表明:滚转通道对方波输入具有超调,而俯仰通道没有超调;自抗扰控制相比PI控制具有无超调、更快的上升时间和抗外界干扰能力;自抗扰控制器隔离度大约为PI控制器的1/30。研究结果为常规小口径火箭弹的制导化改造提供了一种可用的技术方案。     

基于Backstepping方法的导引律设计

针对传统导弹制导与控制系统分开设计,使得拦截大机动目标时制导精度降低的问题,提出了一种将制导与控制系统进行综合设计以提高系统的性能的方法。考虑一阶自动驾驶仪动态,设计了基于Backstepping方法的综合制导律。仿真结果表明该导引律使得视线角速度渐近趋于零,脱靶量在1个较小的数量级上,可以满足导弹对脱靶量的要求。     

战术导弹最佳随机制导律

研究战术导弹制导律需考虑下列因素:目标随机运动,自动寻的传感器测量噪声,有界控制量的量级,有界加速度量级,以及导弹自动驾驶仪的动态特性。本文的一个重要结论是拦截精度明显地受导弹机动能力的限制。考虑控制量饱和的控制策略比不考虑控制量量级导出的控制策略能更有效地得到较好的性能。     

基于反步法和非线性动态逆的无人机三维航路跟踪制导控制

为实现无人机在大范围内稳定、精确地跟踪三维参考航路,基于制导与控制回路独立设计的思路,提出了一种无人机三维航路跟踪制导控制方法。在制导外环,引入沿参考航路飞行的虚拟无人机作为向导并利用反步法设计三维航路跟踪的非线性制导律;在控制内环,以非线性动态逆理论和奇异摄动理论为基础,设计由机动指令生成器、角度转换器、慢回路姿态控制器和快回路角速度控制器所组成的飞行控制模块,对制导外环给出的制导指令进行快速精确地跟踪。基于Lyapunov稳定性理论证明了无人机航路跟踪制导控制方法的稳定性。通过对比分析无人机6自由度模型下的三维航路跟踪仿真,说明所提出的制导控制方法能够使得无人机精确地跟踪参考航路,从而验证了该方法的有效性、合理性。     

襟翼控制的欠驱动飞行器自抗扰/鲁棒控制系统设计

针对含不稳定内动态的襟翼控制欠驱动高超声速飞行器现有控制策略普遍存在的机动性能不足、工程应用困难等问题，设计欠驱动飞行器的自抗扰/鲁棒控制系统。提出一种基于通道级联的欠驱动控制策略，令偏航通道作为滚转通道的内回路，利用±1.5°的侧滑角合法波动范围，提升滚转角的指令跟踪速度。结合自抗扰与鲁棒控制理论设计自动驾驶仪，该自动驾驶仪不仅适用于过载反馈/欠驱动的非最小相位对象，还在摆脱自抗扰系统对关键模型参数依赖的同时减小了鲁棒控制器的降阶难度，有广阔的工程应用前景。为验证方案有效性，以参数存在±20%随机摄动的欠驱动高超声速飞行器模型为对象进行了1 000次蒙特卡洛仿真，结果表明新的欠驱动策略能够在保证侧滑角不越界的同时提高滚转通道的响应速度，自抗扰/鲁棒控制系统在面对模型摄动与复合干扰时均有较好的鲁棒性。     

考虑动态延迟特性的含攻击角度约束的制导律

针对打击固定或者缓慢移动目标时带攻击角度约束的制导问题,设计一种考虑导弹自动驾驶仪动态特性的制导律。基于平面内导弹-目标的运动模型,采用滑模变结构和非线性反步控制的方法,将导弹自动驾驶仪的动态延迟特性近似描述为一阶惯性环节,通过高增益的饱和函数,结合改进的开关项系数来消弱滑模抖振的影响,最终使视线角速率和导弹的弹道倾角分别趋于零和期望值。仿真的结果表明：该制导律下导弹能以期望的攻击角度命中目标,有效地克服控制系统的动态延迟对导引精度的影响,对参数的变化和外界的干扰有很好的适应性和鲁棒性,具有工程应用的参考价值。     

远程制导炮弹2阶滑模导引控制一体化设计

以远程制导炮弹为研究对象,针对传统导引与控制系统分开设计,在打击机动目标时容易脱靶的缺陷,提出一种2阶滑模导引控制一体化设计方法。将舵控伺服系统视为1阶动力学过程,考虑制导炮弹末制导过程的特点,采用小扰动假设,基于初始弹目视线建立了适用于制导炮弹的纵向平面内的导引控制一体化设计线性模型。在目标机动策略未知及制导炮弹气动参数有误差的情况下,以零化弹目视线角速率为准则,基于准连续滑模控制方法,设计了一种2阶滑模一体化导引控制律。为了体现一体化设计的优势,基于传统滑模控制理论,给出了一种独立的鲁棒自动驾驶仪与鲁棒导引律。仿真结果表明,存在有界不确定性的情况下,一体化导引控制律具有更高的命中精度。     

基于ESO的拦截机动目标带攻击角度约束制导律

为满足攻击角度约束的要求,设计了一种考虑导弹自动驾驶仪二阶动态特性的制导律。建立了考虑驾驶仪二阶动态特性的带攻击角度约束项的制导系统模型,采用二阶滑模超螺旋算法对扩张状态观测器进行改进,提出了一种超螺旋扩张状态观测器,对未知目标加速度进行估计,选取一种带攻击角度约束的非奇异快速终端滑模面,结合动态面控制,提出了一种新型制导律。该制导律能使系统状态全局有限时间收敛,补偿驾驶仪动态特性。对比仿真结果表明,所提观测器估计精度高,所提制导律能够实现视线角速率和攻击角度有限时间收敛,且具有更好的制导性能。     

利用通用自适应控制结构设计导弹自动驾驶仪

为了使导弹具有很高的命中精度,导弹自动驾驶仪的设计,利用自适应广大义预测控算法对其俯仰通道的阴尼内回路和加速度回路同时进了了设计,控制导弹根据导引指令快速地给出相应的法向过载.通过对几种典型条件下的系于一些不确定性影响(未建模动态、气动参数浮动和量测噪声干扰)具有典型的抑制作用.     

基于模糊自抗扰的直升机障碍滑雪机动控制

为了提高直升机在机动飞行过程中的解耦性和未知扰动抑制能力,采用基于模糊与自抗扰的复合式控制 结构,设计直升机障碍滑雪机动控制器。分析ADS-33E-PRF 要求的直升机障碍滑雪机动过程中状态量的关系和控 制逻辑,在角速度环设计扩张状态观测器对未知扰动进行观测并加以补偿,在姿态环根据误差及其变化速率引入模 糊规则对控制律参数进行在线优化。针对无风扰和有风扰的飞行环境,开展障碍滑雪机动算法设计与仿真验证。结 果表明：在2 种飞行环境下,直升机飞行轨迹上下边界均控制在15.24～30.48 m 以内,达到标准中定义的满意品质 指标,验证了所采用的控制策略能够有效地估计出机动飞行过程的外部扰动,提高控制系统的抗干扰能力。     

攻击地面机动目标的一种击顶制导策略

针对三维空间导弹和地面机动目标相对运动的非线性模型，将目标运动速度和机动加速度视为有界扰动，设计了一种击顶制导律策略。制导策略分为2部分：第1部分基于弹目视线倾角角速度和偏角角速度反馈，利用非线性系统输入输出线性化方法设计了接近制导律，保证导弹朝向目标运动；第2部分基于弹目视线倾角反馈，利用非线性系统输入输出线性化方法设计了击顶制导律。该制导律在保证弹目视线角速度趋零的同时还可保证视线倾角趋于- 90°，从而实现对目标的垂直打击即击顶。从理论上分析了制导系统的稳定性和精度。数值仿真结果证实该制导律有效。