带有神经网络干扰观测器的视线角约束制导

针对具有终端视线(line-of-sight, LOS)角约束的机动目标拦截问题,提出一种基于径向基函数(radial basis function, RBF)神经网络干扰观测器的LOS角约束制导方法。首先,考虑目标机动过程中加速度信息无法获取的情况,给出了一种基于RBF神经网络的干扰观测器,实现了对目标机动的高精度估计;其次,充分考虑终端角度约束,结合超螺旋算法思想,通过幂次项的引入设计了一种改进的滑模制导律,从而有效提升了有限过载情况下的制导精度;在此基础上,通过Lyapunov定理对算法的收敛性和稳定性分别进行了证明;最后,通过仿真验证对比了3种不同方法在4种拦截场景下的制导性能,同时针对所提方法进行了蒙特卡罗打靶仿真,仿真结果表明所给出的LOS角约束制导律对机动目标拦截精度高、鲁棒性强。

新型高超声速飞行器耦合姿态控制系统设计

针对具有强耦合和强不确定性特点的高超声速飞行器控制问题,提出一种考虑耦合特性的新型鲁棒姿态控制律。首先,建立高超声速飞行器的姿态动力学方程,并基于反步法思想转化为误差动态模型;然后结合干扰观测器提出基于耦合特性的飞行器鲁棒控制方法,并设计滑模补偿项保证姿态角渐近收敛到跟踪指令;最后基于绝对误差积分(IAE)指标从理论上证明本文方法相对于未考虑耦合特性的方法具有更好的动态性能。本文提出的控制方法不仅保证系统渐近稳定性和强鲁棒性,而且将耦合特性考虑进控制器设计中,进而提升了系统的动态性能。数值仿真考虑气动参数拉偏以及实际的执行机构幅值和速率限制,仿真结果校验了本文控制系统设计的有效性。

高速飞行器新型自适应干扰估计姿态控制律

考虑受到非匹配不确定性影响的高超声速飞行器控制问题,提出一种基于自适应滑模干扰观测器的反步法姿态控制律。利用自适应滑模理论设计新型干扰观测器,并采用Lyapunov理论证明其能够对外界扰动进行精确估计,其优点在于其不需要知道不确定项的上界,减少了对不确定项的信息要求;然后给出干扰观测器参数的选择选取关系。最后结合反步法设计高超声速飞行器姿态控制律,不仅能够获得良好的跟踪性能,而且对于非匹配扰动具有较强的鲁棒性。数值仿真考虑气动参数拉偏以及实际的执行机构幅值和速率限制,仿真结果验证了文中控制律的有效性。

落角与视场约束制导控制一体化策略

针对考虑视场(FOV)约束和落角约束的高超声速飞行器高精度打击问题,提出一种基于自适应动态规划(ADP)的新型制导控制一体化(IGC)策略。首先设计一种融合视场角与落角约束的视场角指令,在视场角精确跟踪的同时实现精确命中并满足两种约束,从而将约束问题转化为跟踪问题;然后,借助干扰观测技术估计制导控制一体化模型中不确定性并引入到性能指标设计中,又同时将视场角约束与落角约束考虑进去,设计基于自适应动态规划的制导控制一体化方法。利用ADP的强化学习思想求解出最优控制策略,既保证高超声速飞行器的精准打击,又满足视场角约束与落角约束,而且兼顾了对不确定性的鲁棒性。仿真结果验证了本文所提方法的有效性与优势。

面向多弹拦截的分布式非均衡一致性目标分配算法

针对自组网导弹集群协同拦截多无人机的不确定多对一目标分配问题,提出了一种分布式非均衡目标分配算法。考虑到自组网导弹在有限邻域范围内双向通信和任务分配的去中心化特点,设计了适合于分布式无中心的目标分配模型和基于动态态势感知的多步一致性拍卖算法,通过将目标剩余价值进行多步分解实现多弹对单一目标的非均衡拍卖选择;此外通过改进一致性包算法的共识规则设计了扩展多步一致性冲突消解规则,实现了分布式非均衡拍卖结果的一致性冲突消解。最终仿真结果表明,该方法可适用于分布式弹群在线非均衡目标分配调整,提高对空中多机动目标的拦截效率,并且相较于集中式分配算法在兼顾优化时间条件下可获得全局次优求解。

天线罩误差下基于ADP的机动目标拦截制导策略

针对导弹导引头存在的天线罩误差,提出了一种基于自适应动态规划(ADP)的制导策略。不同于传统处理天线罩误差的估计与补偿方式,避免了估计过程中产生的误差影响。在导弹拦截机动目标的场景下,将拦截问题转化为鲁棒最优控制问题。设计了一种既可以消除天线罩误差和目标机动影响,又可以保证控制能量最小的代价函数。通过构造评价网络,利用自适应动态规划来求解近似鲁棒最优制导策略,并附加鲁棒控制项得到最终的机动目标拦截制导策略。采用李雅普诺夫稳定性理论证明了权值误差的一致最终有界和闭环系统的渐近稳定。仿真结果验证了所提出制导策略对天线罩误差下拦截机动目标的有效性。

基于领机状态估计的多无人机耦合协同编队控制

针对无人机编队飞行中领机通信负荷大、多无人机耦合导致动态性能不足的问题,提出了一种基于领机状态估计的多无人机耦合协同编队控制方法.首先,提出了领机状态估计的方法,并为编队中的每架无人机设计了一个领机状态观测器,以实现对领机状态的实时估计,而不需要每个成员与领机之间进行直接信息交互,从而减少了领机通信负荷,增加了通信冗余度.其次,结合领机状态观测器,提出了一种无人机耦合的协同编队控制方法,实现无人机轨迹控制的同时,分析了编队耦合增益对编队控制的影响并将其应用于轨迹控制.仿真结果表明,该方法能够准确观测领机的实时状态,且无人机编队能够保持期望队形协同飞行,验证了所提出的协同编队控制方法的有效性.

多约束多输入拦截器姿轨一体化复合控制

针对临近空间动能拦截器,提出了一种高精度、低能耗的姿轨一体化复合控制方法。首先,基于拦截器运动学、动力学方程、执行机构特性及全捷联导引头结构,建立了全捷联姿轨复合控制拦截器制导控制系统模型;其次,利用反正切函数设计了包含体视线角约束的映射函数,并针对姿轨耦合问题,结合高阶滑模控制设计了姿轨一体化复合控制律,在满足体视线约束和交会角约束的同时,完成了多个控制任务;最后,基于李雅普诺夫稳定性理论证明了控制律控制下系统的稳定性,并通过仿真验证了一体化设计方法的优越性、映射函数约束的有效性,以及控制律的鲁棒性。

基于干扰观测器的高马赫数飞行器滑模控制

针对抑制高马赫数飞行器纵向模型中的不确定性和外干扰并提高收敛速度,设计一种基于干扰观测器的滑模控制律。首先,给出了高马赫数飞行器的纵向模型,并经过模型转化得到了状态空间形式。然后,针对转化后的模型,提出了一种改进趋近律,设计基于干扰观测器的滑模控制律,并通过Lyapunov定理严格证明了闭环系统的稳定性。最后,通过仿真验证了基于干扰观测器的滑模控制器是有效的,并且具有良好的鲁棒性能。

马赛克战下的协同作战技术

为重建长期绝对优势,美国率先提出的马赛克战作战新概念已经成为世界各军事强国的关注热点。基于马赛克战的概念,分析了马赛克战的产生背景、设计理念和实际的作战特征,并结合协同作战的概念,总结了当前协同作战技术的内涵,分析了马赛克战下协同作战所面临的技术挑战。

多气囊平流层浮空器动力学建模及控制

针对多气囊平流层浮空器的建模和控制问题,建立其浮空器动力学模型并设计了一种积分变结构控制律。首先,全面分析平流层浮空器所受力和力矩,利用牛顿力学方法建立非线性动力学模型,并分析多气囊运动所带来的和普通浮空器建模之间的区别;然后,基于积分变结构控制方法设计俯仰通道姿态控制律,并应用Lyapunov函数方法证明其稳定性;最后考虑舵偏限幅和限速率以及参数拉偏,进行数字仿真,分析比较了加入积分项前后的控制效果。仿真结果表明,设计的控制律具有较强的鲁棒性,浮空器也具有良好的动态特性。