攻击角约束的任意时间三维制导律设计

针对攻击角约束的机动目标拦截问题,提出了一种任意时间制导律。该制导律的设计采用了任意时间稳定性理论和分段滑模方法,解决了有限时间和固定时间制导律收敛时间难求的问题,实现了视线角误差收敛时间的任意设定。此外,还利用相关稳定性理论,对所设计的制导律进行分析与证明。通过数值仿真验证了任意时间制导律的有效性,并与有限时间和固定时间制导律的仿真结果进行了比较。

带攻击角约束的抗饱和固定时间收敛制导律

针对传统固定时间终端滑模制导方法在末制导中存在的奇异性、收敛速度慢以及加速度受约束问题,提出一种考虑攻击角、加速度约束的快速非奇异固定时间滑模制导律。利用终端滑模方法,构造快速收敛的新型非奇异终端滑模面,保证视线角、视线角速率在满足加速度约束的同时,能够在给定的固定时间内快速收敛至期望值,收敛时间上界独立于系统的初始状态。通过构造趋近律来设计新型固定时间制导律,并利用Lyapunov稳定性理论,对所设计的制导律进行理论分析与证明。最后通过仿真,验证了所设计制导律与其他固定时间收敛制导律相比,具有较快的收敛速度。

机动目标拦截含攻击角约束的新型滑模制导律

针对导弹带有攻击角约束的机动目标拦截问题,结合积分滑模和全局滑模控制方法的优点,设计了一种全新的导弹滑模制导律(SMGL)。在纵向平面内建立考虑攻击角约束的弹目相对运动方程。采用一种新的非线性饱和函数来构造积分滑模面中的积分项,提出了一种新型的非线性全局积分滑模控制方法,解决了传统积分滑模控制中系统暂态性能恶化的问题,降低了系统的稳态误差,保证导弹在有限时间内以更理想的攻击角命中目标,同时使导弹在整个拦截过程中具有很强的鲁棒性。采用动态面控制方法设计了考虑攻击角约束和自动驾驶仪动态特性的导弹全局非线性积分SMGL,基于Lyapunov稳定性准则证明了闭环系统所有状态最终一致有界。与传统线性积分SMGL和偏置比例导引律进行仿真对比,仿真结果验证了全局非线性积分SMGL的有效性和优越性。

带有攻击角约束的多导弹协同制导律

针对带有攻击角约束的多导弹同时攻击机动目标问题,提出了一种带有攻击角约束的协同制导律。首先基于平面内的导弹-目标相对运动方程,建立了带有攻击角约束的协同制导模型;其次,把协同制导律的设计过程分离为两个部分:一是基于图论的有关内容,运用有限时间一致性理论设计沿着视线方向上的加速度指令来保证所有导弹与目标的相对距离在有限时间内到达一致,进而保证所有的导弹同时击中机动目标;二是利用非齐次干扰观测器对机动目标的加速度进行估计,并运用滑模控制设计视线法向上的加速度指令来保证每枚导弹与目标间的视线角速率收敛到零和视线角收敛到期望的终端视线角,即每枚导弹以期望的终端视线角成功击中目标;最后,对三枚导弹同时打击同一机动目标的情况进行仿真,仿真结果表明本文设计的带有攻击角约束的协同制导律的有效性和正确性。

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。

带末端攻击角约束连续有限时间稳定制导律

针对制导武器末端攻击角约束与末端弹道尽可能平直的要求,应用有限时间控制方法,设计了具有末端攻击角约束的连续有限时间稳定制导律,使闭环制导系统在有限时间内视线角速度收敛到零和视线角收敛到期望值。通过非线性控制系统的有限时间稳定齐次性理论对该制导律进行了分析,证明了闭环制导系统的视线角速度和视线角全局有限时间稳定特性,并基于有限时间Lyapunov稳定性理论给出了闭环制导系统有限停息时间的表达式。在实例应用仿真中,比较了该制导律与最优制导律的制导性能,检验了该制导律在不同作战任务下的制导效果。仿真结果证实了该制导律的有效性和鲁棒性。

考虑自动驾驶仪动态特性的含攻击角约束的反演递推制导律

针对制导武器需要攻击角度控制的要求及自动驾驶仪动态特性对制导效果的不利影响,提出了考虑自动驾驶仪动态特性补偿、具有末端攻击角约束的反演递推制导律。首先结合反馈线性化技术,利用本文推广的积分反演定理设计了二阶子系统的虚拟控制律;然后进一步应用反演递推方法推导了考虑自动驾驶仪动态特性的含攻击角约束的制导律,并通过李雅普诺夫稳定性理论详细地证明了该制导律对于视线角和视线角速率的指数收敛特性。在实例应用仿真中,给出了该制导律的具体实现方法,比较了该制导律与其他制导律的制导性能,检验了该制导律对不同作战任务的制导效果。仿真结果表明,该制导律具有良好的性能和工程应用推广价值。

考虑自动驾驶仪动态特性与攻击角约束的模糊自适应动态面末制导律

在大口径舰炮制导炮弹打击近岸机动目标的末制导段,考虑自动驾驶仪二阶动态特性与攻击角约束,基于模糊自适应逼近与动态面控制提出一种末制导律。构建二维弹目相对运动模型,运用扩张状态观测器估计目标加速度。为零化视线角的跟踪误差与视线角速率,采用自适应指数趋近律设计非奇异终端动态面滑模,设计模糊自适应系统逼近变结构项,削弱自动驾驶仪的控制指令抖振。通过Lyapunov第二法证明了闭环系统中视线角的跟踪误差与视线角速率均一致最终有界。仿真实验表明:该制导律使制导炮弹在打击具有不同加速度形式的目标时,均具备较好的末制导性能。

带有攻击角约束的大机动目标协同攻击制导律

针对三维空间内多枚空空导弹协同攻击高速大机动目标末制导问题,提出了一种分布式有限时间协同制导律设计方法。视线方向加速度根据有限时间一致性理论设计了基于积分滑模面的自适应制导律,保证了在末制导过程所有导弹能够同时达到目标;视线纵向和视线侧向的加速度均采用基于快速终端滑模面的制导律,同时对末端攻击角进行约束,使得末端攻击角能够在有限时间达到期望值。仿真算例验证了所提出的制导律能够实现对机动目标的协同攻击。

带攻击角约束的有限时间收敛滑模制导律

针对导弹带攻击角度约束打击目标问题,提出带攻击角约束的有限时间收敛滑模制导律。首先,建立弹目相对运动关系,基于滑模变结构理论,采用一种快速非线性终端滑模面,选取自适应幂次趋近律,进行制导律设计。其次,利用Lyapunov理论进行制导律的稳定性分析,并对制导律有限时间收敛进行分析,采用饱和函数代替符号函数,减小抖动的影响。最后,将所设计的制导律与带落角约束的偏置比例导引律进行对比。仿真表明,所设计的制导律性能更加优越,具有较强的鲁棒性,达到期望攻击角度的要求。

带终端攻击角约束的状态反馈变结构制导律设计

基于滑模变结构控制理论,结合状态反馈原理,提出一种能命中目标并保证终端攻击角度约束的变结构制导律。该制导律在传统线性滑模面的基础上增加非线性函数,通过最优控制理论确定该函数,由此将线性滑模面转变成时变、非线性滑模面。仿真结果表明:该制导律对目标机动有良好的鲁棒性,能够满足期望的终端攻击角约束,并避免了制导初期过载较大的缺陷,方法简单,易于工程实现。

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.

一种有攻击角约束的三维有限时间导引律

为解决目标加速度信息未知且存在攻击角约束的三维末端制导问题,提出一种基于非线性观测器的有限时间导引律,使得弹目视线角可在有限时间内收敛至期望攻击角.首先,提出一类非线性观测器,利用导引系统中易测量的位置和速度等信息来估计目标加速度,理论分析给出了观测器稳定的充分条件;然后,利用目标加速度估计值,基于有限时间稳定理论和滑模变结构控制理论设计一种有限时间导引控制律,使三维末端导引系统的弹目视线角可以在有限时间内收敛到期望攻击角.通过分析观测误差对导引系统有限时间特性的影响,表明该方法满足工程实践需求;最后,分别对加速度为匀变速和变加速的两类变速目标进行了数值仿真,并与传统比例导引法进行了对比,仿真结果验证了所提方法的可行性与有效性.研究表明,利用非线性观测器可以稳定地估计目标加速度信息,进而利用该观测器给出的目标加速度信息设计滑模变结构有限时间三维导引律,利用该方法可以有效地解决三维末端制导过程中存在目标加速度信息未知且存在攻击角约束的难题.

攻击角约束多拦截弹协同制导控制一体化研究

针对带有攻击角约束的多拦截弹协同拦截问题,基于制导与控制一体化(IGC)方法,提出了一种带有攻击角约束的多拦截弹分布式协同控制算法。首先,基于弹目相对运动关系和拦截弹俯仰通道动力学方程,建立带有攻击角约束的拦截弹"领弹"IGC模型,利用变增益扩张状态观测器(TVGESO)对模型中的未知干扰进行估计,在此基础上,基于干扰估计值和非奇异动态面滑模控制设计"领弹"控制算法;其次,采用基于"领弹-从弹"的分布式网络模式,设计多拦截弹协同控制策略,可以得到拦截弹在俯仰通道2个方向的速度分量,利用运动学转换关系转化为速度和弹道倾角参考指令;最后,基于TVGESO和动态面滑模控制设计"从弹"的控制算法。仿真结果验证所设计的带有攻击角约束的多拦截弹协同IGC算法具有较好的稳定性。

一种自适应多攻击角约束末制导方法

针对四代火力打击体系对导弹在终端以特定纵、侧向攻击角命中目标以发挥最大毁伤效能的需求,研究了一种实现终端位置及纵、侧向多攻击角约束的自适应非线性末制导方法。建立弹道坐标系中的三自由度运动模型,给出了比例导引形式下可实现期望约束的导引系数选取原则及计算模型,并设计了导弹纵、侧向协同末制导逻辑,最后考虑到非理想跟踪等不确定因素,推导给出了可提高终端攻击角精确性的纵、侧向导引系数闭环非线性自适应方法。多初始状态标称仿真及不确定性蒙特卡洛仿真结果表明,所提出末制导方法在命中目标的前提下可有效实现终端纵、侧向多攻击角约束。

攻击角约束的拦截弹制导控制一体化设计

针对拦截弹的攻击角约束制导问题,提出了一种基于反演滑模和扩张状态观测器(ESO)的制导控制一体化(IGC)设计方法。首先,基于弹目相对运动方程和拦截弹的非线性动力学方程,建立了拦截弹IGC模型,设计了ESO估计目标加速度和自动驾驶仪回路的干扰;在此基础上,基于干扰估计值和反演滑模方法,设计了IGC算法获取虚拟控制力矩,同时基于李雅普诺夫理论分析了闭环系统的稳定性;然后,利用动态控制分配技术将所获取的期望控制力矩分配到实际执行机构;最后,通过仿真结果验证了所设计的IGC+ESO算法的有效性。

带有攻击角约束的机动目标协同拦截制导律

随着来袭目标机动突防方式的不断丰富,现有制导律存在脱靶量较大、毁伤效果有限等问题。针对上述问题,提出了一种考虑攻击角约束的协同拦截制导律。将机动目标引起的视线角速率变化视为扰动,利用扩张状态观测器对扰动进行估计并补偿。结合有限时间一致性理论,设计了从弹沿视线方向的制导律,使其剩余飞行时间在有限时间内收敛至领弹值附近。基于快速终端滑模面,设计了视线法向的制导律,对末端攻击角进行约束。针对多种典型的机动目标进行了仿真试验,验证了所设计的制导律的有效性。

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。

考虑弹目速度时变的攻击角约束终端滑模导引律

针对制导炮弹和地面目标速度变化导致传统导引律制导精度不高的问题,提出了一种考虑弹目速度时变的攻击角约束终端滑模导引律。设计了自适应扩张状态观测器对弹目速度变化进行估计与补偿,减小了切换项的增益。改进了传统指数趋近率,提高了滑模面到达段的动态品质,有效削弱了滑模面的抖振现象。通过数值仿真验证了该导引律的有效性,并与现有的导引算法进行了对比分析,结果表明,提出的导引律具有制导时间短、弹丸落速大以及命中精度高等优点。

一种有撞击角和视场角约束的运动目标的偏置比例导引算法

针对以一定角度攻击运动目标问题,提出一种采用偏置比例导引的间接撞击角度控制方法。定义满足攻击角度约束的碰撞三角形概念,在这基础上给出了具有偏置比例导引形式的制导律。根据碰撞三角形要求的偏置项积分值设计两阶段和一阶段这两种计算偏置项的方法,其中两阶段方法不需要计算剩余时间,而一阶段方法能够攻击机动目标。考虑视场角和过载等约束条件限制,对偏置项进行三阶段改进,使导弹在满足这些约束条件的同时满足撞击角要求的偏置项积分值。为了适应机动目标的情况,考虑当前时刻导弹和目标运动信息,在线地偏置项进行实时更新。最后对运动目标和机动目标两种情况进行了仿真实验,验证了本文方法的有效性。