基于扰动观测器的终端角约束滑模导引律

为了对导弹攻击机动目标时的终端角进行约束,提出了一种基于扰动观测器的滑模导引律。将导弹速度的时变、运动目标的机动逃逸等视为对导弹目标相对运动系统的总扰动,采用扰动观测器对总扰动进行有效估计,结合滑模控制理论提出了一种对导弹终端角进行约束的导引律,并基于李雅普诺夫稳定性原理证明了该导引律的渐进稳定性。为满足制导精度并有效地抑制抖振,运用边界层法对该导引律进行了改进,分析并确定了制导精度、边界层厚度和导引律系数之间的关系。仿真结果表明,该导引律具有良好的导引性能和鲁棒性,且与普通的滑模导引律相比,具有较小的导弹最大法向加速度和较平缓的法向加速度变化过程,有利于工程实现。

多导弹协同作战制导律研究

为了增强多枚反舰导弹协同作战时的突防和打击能力,提出了一种由弹目距离协同制导律和视线角速度收敛制导律两部分组成的多导弹协同制导律。综合多枚导弹的弹目距离信息,设计了期望弹目距离。基于比例导引律建立了导弹目标相对运动非线性模型,采用时标分离原理将其分为快变子系统和慢变子系统,然后采用动态逆系统理论将2个子系统反馈线性化,基于线性系统理论设计了能够实现多弹弹目距离趋于期望弹目距离的制导律。为了保证各导弹顺利地协同攻击目标,在飞行末段,采用有限时间控制理论设计了在弹目距离逐渐缩小的过程中视线角速度在有限时间内快速收敛到零的制导律。仿真结果表明:采用该协同制导律能够使多枚导弹以期望的弹目距离同步接近目标,最后几乎同时命中目标,有效地实现了弹目距离和攻击时间的协同。

导弹编队飞行控制方法研究

为实现多导弹协同作战时的编队飞行,基于滑模变结构、自适应及非线性动态逆控制理论研究了导弹编队飞行控制方法.在领弹的速度、加速度以及从弹的速度未知的前提下,将领弹与从弹的相对速度以及领弹的加速度视为可估计的有界不确定量,基于滑模变结构控制理论提出一种仅需弹间相对位置和相对速度信息的鲁棒编队控制律.采用边界层法消除了系统的抖颤现象,并根据编队稳态误差的要求分析了边界层厚度的设置方法.运用奇异摄动理论将导弹非线性动力学系统划分为3个快慢变化不同的子系统,考虑系统所受的外部干扰并将其视作有界不确定量引入慢变子系统中,基于自适应变结构控制和非线性动态逆控制理论,设计了具有鲁棒性的导弹编队自动驾驶仪.仿真结果表明,导弹编队自动驾驶仪能够准确跟踪编队控制指令,实现多导弹的编队飞行.

导弹协同作战四维制导与控制一体化设计方法

为了使导弹能够在指定的时间跟踪理想轨迹到达指定点,从而满足多导弹协同突防和攻击的要求,提出一种鲁棒四维精确制导控制一体化设计方法。将导弹6自由度非线性模型进行简化,得到导弹四维精确制导与控制一体化设计模型。利用导弹质心与姿态运动固有的时标分离特性,设计了具有内外两回路结构的鲁棒控制器。将建模误差、参数摄动及外部干扰视作连续有界扰动,外回路基于自适应滑模控制理论设计了控制器,从而产生推力、攻角和侧滑角指令;内回路将扰动观测器技术和动态面控制理论相结合,得到了能够控制导弹准确跟踪外回路指令的执行机构偏转角。基于李雅普诺夫稳定性理论,严格证明了内外回路的稳定性,并分析了控制精度与控制器参数之间的关系。最后,将控制方法应用于导弹6自由度非线性数值仿真模型,仿真结果验证了所设计的四维鲁棒精确制导控制方法的有效性。

基于虚拟导引点的多弹协同作战控制方法

为了增强导弹的突防能力和对目标的打击能力,提出一种基于虚拟导引点的对多枚导弹的位置、攻击角度、攻击时间和攻击速度进行控制的方法。建立了导弹与导引点的相对运动模型,针对攻击速度和攻击时间的要求,设计了导引点的圆弧运动轨迹。针对位置协同和攻击角度协同的要求,同时考虑导弹的需用法向过载因素,设计了导弹与导引点之间相对距离的变化规律。研究了基于相对误差的变距离跟踪控制器,使导弹能够以设定的变化的相对距离跟踪导引点飞行。仿真结果表明,采用该方法能够有效地实现多枚导弹在协同作战过程中的位置、攻击角度、攻击时间以及攻击速度的协同。

“天问一号”火星探测器制动捕获最优点火姿态设计

针对中国首次自主火星探测任务“天问一号”(Tianwen-1)的火星捕获制动期间点火姿态设计最优化问题,提出了整器约束条件下的分析思路和解决方法。首先建立捕获阶段的轨道动力学模型,根据捕获前轨道和捕获后的目标轨道以燃料消耗最少为优化目标,使用牛顿迭代法寻优解出轨道平面内最佳的推力方向和点火时刻,得到推力矢量。再结合探测器的光照、测控约束条件,确定了绕推力方向的偏转范围。最后参考星敏感器布局,对全过程不同偏转角度下星敏受天体遮挡情况进行分析,计算出星敏可用台数以及可用时长,按照可用时长最优的原则确定出最优的点火姿态。在轨实际制动捕获结果表明,轨控后半长轴偏差小于947.122 km(半长轴变化量102346.152 km),偏心率偏差小于0.0021,同时全程满足整器测控、光照的需求,捕获全过程中保持任意时刻至少有2台星敏可用,根据遥测结果对比星敏的可用时段仿真误差小于0.225 h。

火星环绕器环火轨道的角动量管理方法

针对中国首次火星探测的任务需求和规划,结合环绕器质量特性和布局构型以及大椭圆轨道特性,分析了环绕器在环火飞行阶段所受的重力梯度力矩和光压力矩规律.空间干扰力矩累积导致飞轮转速上升,影响姿态机动能力,需要喷气卸载.为减少喷气卸载次数,在满足系统任务的基础上,设计了姿态偏置方案,利用光压力矩和重力梯度力矩相互抵消减少角动量累积.通过仿真表明该方法可以将空间干扰力矩累积量减少70%,节约卸载喷气的燃料消耗,延长航天器寿命.

Missile formation controller design based on disturbance observer and finite-time control

To keep multiple missiles to fly in a formation, a robust controller for missile formation is designed. Based on the leader-follower formation mode, two formation relative motion models in different coordinate frames are established and compared. The three-dimension model built in a follower reference coordinate frame is chosen due to its control inputs decoupling, then this model is decoupled into three subsystems. For each subsystem a robust formation controller is proposed based on the disturbance observer and f＇mite-time control theory when the external disturbance exits. The stability of the closed-loop system adopting the controller is proved theoretically. Simulation resuits show that the follower can foUow the leader and keep the desired formation despite the external disturbance, which validates the effectiveness of the proposed robust formation controller.

深空探测器在轨推力器参数辨识方法

针对中国首次自主火星探测任务需要,结合环绕器质量特性和推进系统布局构型,分析了喷气卸载对整器角动量的影响。在分析的基础上,通过飞轮卸载前后三轴转速变化规律,计算整器角动量变化情况,并解算出每次喷气时产生的冲量及推力方向偏差;通过同组推力器作用时对各轴的扰动,解算整器质心坐标。利用在轨数据分析了天问一号探测器巡航段6次使用不同推力器的喷气卸载情况,解算的推力器方向偏差、质心坐标和地面设计值进行比对,实测推力方向偏差不超过0.6°,质心绝对偏差小于18mm,验证了计算方法的有效性和正确性,可作为后续轨控任务的点火方向制定、燃料预算的输入依据。

基于动态面控制的多弹协同制导控制方法

为实现多枚导弹对目标进行饱和攻击,基于动态面控制理论设计了具有攻击时间约束的制导控制方法。综合弹目距离方程和动力学方程建立了制导控制一体化模型,改进设计了基于弹目距离信息的协同策略;考虑导弹速度变化、目标运动、导弹框架角受限以及避免控制器奇异等因素,设计了协同策略中的关键参数,并给出了导弹群理想协同攻击时间的选取方法。在导弹控制输入受限的前提下,采用动态面控制理论设计了导弹扰动鲁棒控制器。仿真结果表明,所提方法能够在满足多种约束的前提下,以较高的精度实现对目标的饱和攻击。