一种高超声速飞行器固定时间滑模控制方法

针对高超声速飞行器再入滑翔段的姿态控制问题,提出了一种存在外部扰动、模型不确定和输入饱和约束情况下的固定时间收敛终端滑模控制器。首先,针对固定时间收敛的超螺旋二阶滑模扰动观测器,给出了一个更加精确的固定收敛时间上界。随后,构造了一种改进的变指数系数快速非奇异多变量终端滑模面。进而,基于固定时间观测器和改进的滑模面,提出了一种可以使高超声速飞行器模型在受到外部扰动、模型存在不确定参数和输入饱和约束的情况下,能够实现固定时间收敛的再入滑翔段姿态控制终端滑模控制器,并证明了其在观测器收敛前后的固定时间稳定性。该方法能够在不引入额外测量的前提下,有效避免输入饱和。最后,通过数值仿真验证了所提出的控制方法的有效性。

高速飞行器编队通信保持控制与协同制导技术研究综述

在高速武器平台网络化的背景下,对于高速滑翔飞行器(以下简称“高速飞行器”)的研究不再局限于多约束下的制导方法,而是亟须破解多飞行器协同制导控制技术难题。通过总结部分军事大国研制高速飞行器的发展历程,分析了目前多飞行器协同作战的发展现状与趋势,进而引出研究多飞行器协同制导控制技术的必要性。随后分别对编队通信保持控制技术、带飞行时间约束的协同制导控制技术以及带飞行角度约束的协同制导控制技术的研究现状进行了梳理,为多高速飞行器协同作战探索解决思路,最后对多飞行器协同制导控制技术的未来发展方向进行了展望。

MAGIC CARPET着舰对甲板运动的控制策略

MAGIC CARPET是美国最近几年非常成功的舰载机着舰控制技术,是未来主要的着舰方式。MAGIC CARPET着舰性能很优秀,但受甲板运动的影响较大,因此研究应对甲板运动的策略十分有必要。首先,分析了航母运动和光学下滑道稳定方式;然后,分别研究了下滑道惯性稳定、下滑道线稳定时的MAGIC CARPET着舰,并得到了相关结论;理论分析和实时仿真表明该策略与美军试飞结果具有很好的一致性;最后,分析了下滑道稳定方式的选择方法。研究结果为飞机着舰和直接力控制提供了参考。

一种基于轨迹预测的滑翔制导炮弹时间约束末制导律扩展方法

针对滑翔制导炮弹末制导过程中的攻击角度与攻击时间控制问题,为简化制导律设计、方便工程应用,提出了一种将现有高性能非时间约束制导律扩展为可处理时间约束形式的方案。该方案以非线性导引模型为基础、现有制导律作用下的弹丸飞行轨迹为参考轨迹,通过为弹丸预设合理的飞行时间并结合轨迹预测的方法,将滑翔制导炮弹的末制导过程分为2个阶段。第一阶段制导炮弹在扩展后的制导律作用下飞行,通过增加参考轨迹曲率、延长弹丸飞行时间的方式使攻击时间误差在有限时间内收敛至零;第二阶段制导炮弹在原始制导律作用下飞行,直至命中目标以满足脱靶量与攻击角约束。同时,通过不同工况下的大量仿真,研究了设计参数的取值范围对第一阶段中弹丸攻击时间误差收敛性能的影响。该扩展方案的推导过程无需现有制导律的显式表达,具有一定的通用性。研究结果表明:通过合理的参数设置,扩展方案可以在现有制导律的基础上实现攻击时间控制,且制导指令光滑,需用过载较小,符合作战任务要求。

温差能驱动的水下滑翔器设计与实验研究

论文设计开发了一种新型的温差能驱动的水下滑翔器,并对它做了水域实验研究。文章讨论了温差能驱动的滑翔器运动机理及其在垂直剖面的运动分析,得到稳态运动的参数解。结合能够把水域温差能转变为机械能的热机设计以及滑翔器的主要机械结构和控制硬件系统设计,完成了滑翔器的初步设计与开发。滑翔器在千岛湖进行了水域实验,实验结果表明,此水下滑翔器完全能够利用温差能实现预定的滑翔运动。

带鸭舵滑翔增程炮弹飞行弹道研究

文中针对鸭式布局的滑翔增程炮弹的飞行弹道特性,通过动力学分析,建立了滑翔增程炮弹的各飞行弹道段的弹道模型和控制模型,数值分析给出了滑翔增程弹飞行速度变化规律、最大射程角以及滑翔增程炮弹的滚转控制段与滑翔控制段的弹道特性,研究结果为鸭式布局滑翔增程炮弹的弹道设计提供了理论基础。

一种快速非线性模型预测控制律研究

为滑翔增程弹设计了一种滑翔控制律,在考虑其非线性、状态约束和控制舵偏角幅值约束的情况下,针对滑翔控制过程中采样周期短,系统动态变化快的特点,采用直接多重打靶法和实时迭代策略来缩短非线性模型预测控制中递推优化的计算时间,并应用预先优化策略避免反馈控制延迟。仿真结果表明,该控制器的控制律求解时间小于采样周期,能满足滑翔增程弹滑翔控制要求,控制效果良好。研究结果可为同类弹箭非线性模型预测控制律设计提供参考。

滑翔增程火箭弹的飞行姿态控制方法研究

为了解决滑翔增程火箭控制过程中攻角在很短的时间内急剧增大的问题,提出了一种通过加入阻尼环节减小攻角过冲的控制方法,从而使火箭弹的攻角慢速增加至所需攻角,避免了攻角的振荡现象。文中导出了舵机控制过渡的动力学方程,给出了控制环节参数的确定方法以及该控制方法的数值仿真结果。仿真结果表明:采用该方法后,控制弹道过渡过程的攻角过冲减小了80%。

采用不同气动控制舵面的临近空间高超声速滑翔飞行器舵效研究

在升力体构形的基础上,构造了3种不同布局方式的气动舵作为控制面,通过数值模拟手段对FLAP舵、后缘舵及全动舵的舵效进行了比较分析,并对带全动舵滑翔飞行器的气动特性进行了风洞试验研究。数据显示全动舵在纵向通道内调节压心位置的能力较大,有足够的配平能力,在偏航及滚转控制时舵效均高于FLAP舵及后缘舵,同时可有效降低对舵机载荷的要求。研究表明对于升力体构形的飞行器而言,全动舵在临近空间高超声速范围内作为气动控制舵面具有一定优势。

滑翔增程弹箭滑控段弹体运动模式对增程效率的影响

增程技术是弹箭技术重点发展方向之一,而滑翔增程是目前采用的较为有效的一种弹箭增程技术。阐述了滑翔增程弹箭的飞行过程,建立了滑翔增程弹箭的滑翔段弹道模型,在滑翔控制段弹体分别采用俯仰滑翔飞行和旋转滑翔飞行,分析了在滑翔控制段弹体的两种运动模式对弹箭增程效率的影响。仿真结果表明:在滑翔控制段弹体采用俯仰滑翔飞行,增程效率高,但在滚转控制过程中控制系统复杂,对舵机的要求高;在滑翔控制段弹体采用旋转滑翔飞行,增程效率较低,但整个控制过程中控制系统简单,对舵机的要求低。

具有饱和死区非线性输入的自适应滑模跟踪控制

针对一类具有非对称饱和死区的扇区非线性输入系统,研究了自适应滑模输出反馈跟踪控制问题。在假设系统数学模型已知或未知的情形下,分别基于自适应观测器和模糊观测器,提出了滑模控制器的综合设计方案,并通过定义一类李亚普诺夫函数给出了自适应控制器和模糊逻辑系统的参数调整律。所提方法不仅具有对系统模型依赖性小的优点,而且增强了对扰动的鲁棒性,并保证了整个闭环跟踪误差系统的稳定性。最后,仿真结果验证了本方法的有效性。

基于鲁棒动态逆的高超声速滑翔飞行器动态面姿态控制

针对高超声速滑翔飞行器参数变化快、不确定性高、通道耦合强的特点,研究了一种姿态控制的非线性设计方法。根据无动力飞行姿态运动模型,建立了可面向姿态控制的非线性设计模型。提出了一种具有鲁棒性能的动态逆控制方案,并通过动态面控制方法,将其应用于滑翔飞行器的姿态控制中。仿真结果表明,相比基于传统动态逆的控制方案,所提出的方案可以保证滑翔飞行器快速、精确地跟踪指令,并且具备针对系统不确定性的强鲁棒性能。

浅析胶莱盆地边缘层间滑动断层构造及其控矿机制

层间滑动断层构造产出于胶莱拉分盆地边部莱阳组砾岩与下伏下元古界荆山群变质岩系的不整合面上 ,是胶莱盆地东北缘蓬家夼和发云夼层间滑动角砾岩型金矿化的主要部位。层间滑动断层是在中生代白垩纪期间中国东部古板块和郯庐断裂构造活动造成的区域大地构造背景下 ,在胶莱走滑拉分盆地的形成过程中产生的。在层间滑动断层由张性应力环境向挤压应力环境过渡过程中 ,源于地壳深部的金矿成矿流体 ,与大气降水混合形成工业金矿体 ,金矿化主要发生在构造角砾岩及碎裂岩的胶结物内 ,金矿化类型和强度具有明显的对称性。层间滑动断层以其产出于特定的部位、产状、成因及控矿机制的不同与其它伸展作用形成的断裂构造相区别。

可控翼伞系统的滑翔与稳定性分析

可控翼伞系统在飞行器回收领域有广阔的应用前景。本文就可控翼伞系统建立了六自由度数学模型,并用该模型对40m^2可控翼伞系统的滑翔和稳定性进行了仿真计算和分析,研究结果对可控翼伞系统设计和实验有一定参考价值。

复合制导炮弹最优滑翔弹道与控制

研究了制导炮弹最优滑翔弹道与控制问题.建立了滑翔弹道模型,以射程为指标函数,考虑终端速度、高度和弹道倾角约束,采用庞特里亚金极大值原理和共轭梯度法求出控制变量有约束的最优滑翔弹道,简要分析了滑翔增程机理.给出2种纵向通道控制结构,并进行控制参数设计,数值仿真表明2种控制结构均可实现对最优滑翔基准弹道的精确跟踪.

助推-滑翔导弹弹道优化研究

针对助推-滑翔导弹的弹道优化问题,给出了一种求解其最大射程弹道的分段优化方法,建立了其纵平面运动模型和弹道优化模型。在考虑攻角绝对值、攻角变化率、法向过载、分离点攻角衔接及落地条件等约束下,应用序列二次规划法求解了其最大射程弹道。分析表明,助推-滑翔导弹比传统弹道导弹射程显著提高,其最优弹道的起伏有助于增大射程和提高突防能力。

滑翔增程弹制导与控制系统设计

为控制滑翔增程弹精确跟踪方案弹道及提高落点精度,设计了制导控制系统。基于高度控制原理,设计了鲁棒变结构控制器,实现弹体对方案弹道的精确跟踪;为提高落点精度,在炮弹跟踪方案弹道靠近目标点的时候,采用比例寻的导引律来引导炮弹向落点逼近。根据力矩平衡假设和重力作用,将过载指令转换为舵面偏角指令,设计了开环自动驾驶仪,并采用相位超前角来降低舵系统跟踪误差。六自由度仿真表明,所设计的制导控制方案能够引导制导炮弹跟踪方案弹道,且终端落点误差小于1 m,满足制导控制系统要求。

高超声速滑翔式BTT导弹鲁棒反演控制器设计

综合考虑高超声速滑翔式BTT导弹各种干扰的影响,建立了具有非匹配不确定性的非线性、强耦合姿态运动方程,并转化为标准形式。针对模型中的未知不确定性,提出了鲁棒估计函数,利用反演控制和自适应控制设计了高超声速导弹的自动驾驶仪,解决了由于对期望虚拟控制量进行求导产生的"计算膨胀"问题,证明了每一步反演设计的Lyapunov稳定性,并进行了数字仿真。仿真结果表明,所设计的自适应反演控制器能够精确跟踪姿态角指令,并对大范围气动参数摄动具有很强的鲁棒性。

再入飞行器滚动时域轨迹混沌优化设计

针对传统轨迹优化方法计算量比较大需要离线实现,以及对于初值选取比较敏感等问题,提出了一种基于预测控制的临近空间再入飞行器滑翔轨迹设计的实时优化策略。该算法通过将全局非线性优化问题转换成有限时域内的一维变量滚动时域次优化问题,利用均匀采样结合混沌搜索策略,给出了过载、动压和热流等多种过程约束下的次优攻角计算策略。通过合理调整目标函数中不同物理量权重的比例关系,分别得到弹跳形式和平稳滑翔形式的轨迹特征。该算法可以在不提供初始猜测值的情况下在线实现,为几种不同的轨迹形式提供了统一的生成框架;得到的可行次优轨迹曲线还可作为非线性规划方法的初值进一步优化。数学仿真结果说明了该算法的有效性。

广东凡口铅锌矿层间滑动构造及其控矿作用

广东凡口铅锌矿矿床的一个重要的构造特征就是层间滑动构造十分发育,其在矿区的重要的控矿作用越来越为人们所关注。文章根据矿床地质勘探、生产勘探、地质科研成果和矿山生产实际,分析了矿区层间滑动构造的各种成因类型、它们与矿区逆冲推覆构造体系、褶皱构造体系之间的关系;总结了层间滑动构造的控矿作用。