基于状态观测器的变结构末制导律设计

本文针对仅有相对距离和视线角可测的导弹,设计了一种基于状态估计的变结构末制导律.将非线性项和目标机动视为新的状态变量实现对原相对运动方程进行的扩张,设计扩张状态观测器实现对不可测的相对距离变化率和视线角变化率的估计.基于扩张观测器的估计值,利用变结构控制理论设计了保证切向速度趋向于零的末制导律,从而实现导弹直接命中目标,并从理论上对制导回路的稳定性进行了证明.最后进行了数学仿真,仿真结果表明在设计的制导律脱靶量较小,验证了扩张观测器和制导律的可行性.     

飞行速度可调导弹的自适应滑模制导律

为获得更好的制导性能,利用一类采用流量可调发动机的导弹所增加的飞行速度控制自由度,提出一种修正比例导引+飞行速度控制的双重控制自适应滑模制导律。修正比例导引并以弹道末端过载需求为零进行修正设计,在对其瞬时脱靶量分析的基础上,选取视线角速度和飞行速度控制量等作为滑模面,并进一步采用自适应滑模控制方法,推导了减少脱靶量的速度控制制导律。仿真结果表明,相比于比例导引和采用速度保持的修正比例导引,所设计的自适应滑模制导律的脱靶量更小,弹道更平滑,过载需求也更小,实现了导弹飞行速度的主动控制。     

一种自适应双滑模制导律研究

根据导弹-目标追逃问题的相对运动学关系,基于反演思想设计了双滑模变结构导引律,运用自适应方法实现对制导系统参数不确定性和目标机动的估计,该导引律能够保证导弹在击中运动目标的同时满足期望落角;然后运用Lyapunov稳定性理论分析了该制导律进入平衡状态的充分条件.仿真结果表明了该设计方法的有效性.     

大气层内拦截机动目标的变结构末制导律设计

针对大气层内的机动战术弹道导弹拦截,提出了一种具有强鲁棒性的变结构末制导律。首先,在纵向平面内建立了导弹与目标相对运动的非线性模型;然后根据预测导引的原理推导了制导方程,并选取制导误差作为滑动模态,将目标机动量视为扰动量,设计一种能够拦截螺旋机动目标的变结构末制导律,并通过Lyapunov稳定性定理确定变结构制导参数的范围。最后,通过与比例导引律进行仿真比较,结果表明该制导律对螺旋机动弹道目标具有较强的鲁棒性,且制导精度较高,验证了制导律的正确性和有效性。     

基于神经网络的导弹变结构制导律

导弹的打击精度容易受干扰的影响.针对这些未知干扰的存在,利用RBF神经网络具有自学习的能力,并结合变结构控制方法的鲁棒性,提出了一种基于RBF神经网络的滑模变结构控制的导弹制导律.利用RBF神经网络对干扰进行在线估计,克服了未知干扰对制导精度的不利影响,并且分析了闭环系统的稳定性.仿真结果表明,RBF神经网络能够很好地估计出干扰,所设计的制导律能够不受干扰的影响,从而快速精确地打击到目标,验证了该制导律的有效性和鲁棒性.     

基于零控脱靶量的剩余飞行时间改进估算方法

剩余飞行时间是飞行器制导环节的一个重要参数, 决定着控制增益和能量代价。运用最优控制理论得到了最优加速度矢量作用下末端脱靶量的表达式, 建立了末端脱靶量与零控脱靶量之间的关系。在最近接近点(PCA)的拦截场景下, 在假定定常逃逸速度的前提下得到了新的剩余飞行时间的闭式解, 提出考虑相对位置和相对速度间夹角信息剩余时间的估算方法。仿真表明: 当夹角较大时, 应用PCA方法的剩余飞行时间估计误差较传统的一阶近似方法小; PCA方法针对变速度目标情况同样适用。     

空空导弹的神经网络自适应终端滑模末制导律

主要研究空空导弹的末制导问题。简单研究了三维比例导引律,基于Terminal滑模控制方法提出一种新型的三维末制导律,并分析了它的不足,在此基础上进行改进,从而提出基于RBF神经网络的自适应快速终端滑模(AFTSM)制导律。该制导律在非线性系统的精确模型未知的情况下,通过RBF神经网络对非线性模型进行逼近,并根据Lyapunov方法设计了参数自适应律。最后对所研究的导引律在目标机动情况下进行仿真验证,仿真结果表明,该制导律与比例制导相比有较大的性能改善。     

基于观测器的滑模制导律

为考虑拦截导弹控制回路动态,所设计的滑模制导律在实际应用中往往涉及到不可量测的反馈状态变量和不确定性的内部参数等问题。采用自适应控制和观测方法,给出了一种基于观测器的自适应滑模制导律,观测器主要用于实现对系统状态,如视线角速度的高阶导数和有界不确定项,如相对运动速度的高阶导数等的在线估计,从而满足实际情形下的可执行性要求。制导律推导中考虑到了拦截导弹具有一阶机动动态的情形,且该方法也可以推广到具有高阶机动动态下的设计。非线性系统仿真表明,相比于传统的比例导引和滑模制导律,该制导律在足够的机动性能下,不仅可以实现对机动目标的碰撞拦截,且具有较强的机动性能和拦截性能优势,同时仿真结果也表明了所设计的观测器的有效性。     

带落角约束的滑模变结构制导律研究

针对某些制导武器命中目标时的落角指标要求,设计了带落角约束的制导律。基于变结构理论和Lyapunov稳定性理论推导了一种末端带落角约束的滑模变结构制导律,并证明了其稳定性;然后,将该制导律和优化的姿态角约束比例导引律进行了数字仿真比较。结果表明,在攻击地面固定目标时,带落角约束的滑模变结构制导律在保证命中目标的同时满足期望的落角,验证了其制导效果。     

自适应滑模制导律仿真研究

推导了自适应滑模制导律,通过建立制导控制系统六自由度仿真系统,对自适应滑模制导律进行仿真研究。仿真结果表明,自适应滑模制导律针对机动目标的命中精度很高,证明了自适应滑模制导律的有效性和鲁棒性。     

带末端角度和速度约束的再入飞行器滑模变结构导引律

在考虑末端角度和末端速度约束的前提下,研究滑模变结构导引律在再入飞行器上的应用。推导满足末端角度约束的滑模变结构导引律,给出俯冲平面和转弯平面的导引方程,依据导引方程生成需要攻角、侧滑角制导指令。设计考虑末端速度要求后制导环节产生的附加攻角和侧滑角指令。需要制导指令和附加指令相加得到同时考虑落速和落角情况下的合成攻角、侧滑角指令。仿真表明,滑模导引律能稳定姿态且引导飞行器准确到达目标点。针对不同的运动速度情况,进行了落点偏差、末端速度和末端角度随速度的变化趋势分析,在末端角度控制上两种导引律表现相近,在末端速度和落点偏差上滑模导引律表现明显优于最优导引律,表明滑模变结构导引律针对移动目标具有鲁棒性。     

基于RBF的带落角约束的最优滑模导引律设计

根据防空导弹打击目标的作战特点,提出一种基于RBF网络的带终端落角约束的最优滑模变结构导引律。首先应用最优控制理论和变结构控制理论设计基于视线角和视线角速度的最优滑模变结构导引律,然后应用RBF网络对所设计导引律中的变结构项的增益进行调节。仿真结果表明,所提出的导引律不仅能减弱系统抖振,而且能够同时满足命中精度和命中期望角的要求,对目标机动具有很好的鲁棒性。     

基于动态逆的反舰巡航导弹三维末制导律设计

考虑到导弹-目标追逃模型中存在的非线性和不确定性等特点,首先建立在三维坐标系下的反舰巡航导弹-目标的相对运动方程,采用基于零化导弹目标视线角速率的思想,同时把目标机动看成一类有界干扰,应用动态逆方法设计了一种三维末制导律,这种控制方法可以很好地解决系统中存在的强的非线性和不确性因素。仿真结果表明该制导律能够打击机动目标且脱靶量较小,具有较强的鲁棒性。     

指数趋近律单向辅助面滑模控制

结合指数趋近律,对一种新型单向辅助面滑模控制方法进行了讨论。首先根据给定的非线性系统方程设计切换面,并在状态约束条件下设计单向辅助面;之后依据单向辅助面滑模控制器设计方法,设计基于指数趋近律的单向辅助面滑模控制器,且指出系统状态在有限时间内收敛到切换面上,并给出收敛时间计算式;最后通过实例仿真验证,基于指数趋近律的单向辅助面滑模控制器不仅能有效抑制系统中的抖振,而且收敛速度快于普通单向辅助面滑模控制方法。     

机械臂变指数趋近律滑模控制律设计

针对机械臂滑模控制中存在抖振的问题,采用改进趋近律的思想来设计滑模控制律,以达到有效抑制抖振的目的。在对滑模控制的特点和常用的指数趋近律进行分析的基础上,提出了一种变指数趋近律,并对其趋近性能进行了分析;结合机械臂动力学模型和改进的趋近律设计了相应的滑模控制策略,对其控制效果进行了验证。仿真结果表明,该控制策略不仅有效地抑制了系统的抖振,而且保证了机械臂系统对期望轨迹的快速跟踪性,进而提高了机械臂的工作性能。     

带攻击角度约束的机动目标SUAV三维末制导律研究

针对带攻击角度约束的自杀式无人机(Suicide Unmanned Aerial Vehicle,SUAV)对地攻击机动目标问题设计了一种三维末制导律。首先,考虑了SUAV的气动力、发动机推力及阵风的影响,建立了SUAV的三自由度质点模型,在此基础上建立了三维追逃数学模型;其次,基于Lyapunov稳定性定理推导了带有攻击角度约束的三维滑模变结构末制导律;最后,对所设计的导引律进行了仿真。仿真结果表明:带攻击角度约束的三维滑模变结构末制导律能满足攻击角度约束的要求,具有精度高、脱靶量小和抗干扰性强的优点,对自杀式无人机对地攻击末制导律问题的工程应用具有一定意义。