有限视场下的攻击时间和角度多约束制导律

针对精确打击任务存在导引头视场受限这一过程约束的制导问题,提出了一种考虑视场限制以及攻击角度和时间多种约束的制导律.首先,在以比例导引项实现精确命中的基础上,利用最优控制理论,采用弹目距离加权控制能耗形式的指标函数,设计了攻击角度控制项,并推导了相应的剩余飞行时间解析预测表达式.其次,基于最优误差动力学方法,设计了攻击时间相关的控制项,保证了攻击时间误差的有限时间收敛.同时,针对导引头视场有限的问题,分析了各控制项对前置角收敛性的影响,利用特定的限制函数确保前置角在整个制导过程中始终处于有效视场内,并给出了前置角的有界性及收敛性证明.数学仿真结果验证了所提出制导律对多约束制导问题的有效性.

虑及控制机构运动关联的柱塞泵动态特性研究

针对柱塞泵建模过程中因函数简化控制机构及其运动关系而造成的误差大、不精准问题,提出基于控制机构运动关联的非简化建模方法。结合柱塞泵的控制原理,利用AMESim搭建功率-压力-电比例复合控制的柱塞泵仿真模型。通过对压力、电流和转速的组合控制,对柱塞泵的控制特性进行仿真测试,得到与理论研究相吻合的动态特性曲线。进一步通过台架试验对柱塞泵进行测试,试验结果表明:柱塞泵在实际工作中存在响应时间,系统流量在液压系统开启和闭合瞬间存在冲击振荡。对比两种建模思想的仿真结果,非简化模型最大相对误差分别为3.51%和5.08%,平均相对误差分别为1.74%和1.98%,均小于简化模型。柱塞泵建模准确,为实现产品性能优化和系统数字孪生提供了模型支撑。

过载和攻击时间约束下的非线性最优制导方法

考虑导弹过载受限条件下,对以期望时间为攻击目标的非线性最优制导问题进行了研究。首先,建立了非线性最优制导问题的理论模型,基于庞特里亚金极大值原理和饱和函数方法建立了最优轨迹的最优性条件。其次,根据最优性条件和哈密尔顿轨迹参数化方法,建立了最优轨迹的参数化微分方程组,使得通过数值积分即可生成从飞行状态到最优制导指令映射关系的数据集。然后,通过前馈神经网络对上述映射关系进行近似,实现了非线性最优制导指令的毫秒量级实时生成。最后,通过数值仿真验证了所提非线性最优制导指令生成方法的有效性。

拦截机动目标的固定时间事件触发协同制导律

针对无向通信拓扑结构下的多枚导弹考虑角度约束同时攻击机动目标的问题,提出一种事件触发控制下的固定时间收敛分布式多弹协同制导律.首先,建立导弹-目标相对运动学模型,在视线坐标系下解耦为沿视线和垂直视线两个方向.其次,在视线切向考虑时间约束,提出一种基于事件触发机制的固定时间收敛协同制导律,保证攻击时间的一致性;在视线法向上考虑空间角度约束,提出一种基于固定时间收敛理论的分布式空间协同制导律,使视线角和视线角速率快速收敛到期望值,以满足脱靶量和终端角度约束;同时,针对目标机动引起的系统扰动,采用固定时间收敛的观测器进行在线估计与补偿.利用Lyapunov理论,证明了所提出协同制导律的稳定性.最后,通过数学仿真,验证了所提出的协同制导律的有效性.

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。

时间约束三维超螺旋滑模制导控制一体化方法

针对飞行器时间约束制导问题,提出了一种新型三维制导控制一体化方法。为满足大前置角及大期望到达时间下时间约束制导的需要,提出了一种新型滑模面,并证明了滑模运动时前置角的渐近收敛特性。在该滑模面的基础上,基于超螺旋算法和反步法,提出了有限时间稳定的制导控制一体化控制律,保证李普希茨有界扰动下的鲁棒,且控制量连续,其有限时间收敛特性通过李雅普诺夫稳定性理论得到证明,其有效性通过数值仿真得到了验证。

系统收敛时间和攻击角度控制的滑模导引律

针对打击机动目标带攻击角度约束的导引律设计问题,采用滑模控制理论、任意收敛时间控制方法和干扰观测器,设计了一种攻击角度和收敛时间控制的导引律。根据弹目相对运动关系,将目标机动和建模误差等视为干扰,构建了考虑攻击角度约束的制导系统状态方程。分析了任意收敛时间控制方法在干扰情况下的性能,采用滑模控制和干扰观测器对任意收敛时间控制方法进行改进,提升鲁棒性。将该方法用于滑模面和趋近律设计中,采用干扰观测器对系统扰动进行估计,基于滑模控制理论,结合制导控制系统状态方程,推导出了收敛时间和攻击角度可控的滑模导引律。相比有限时间收敛导引律,该导引律的收敛时间和攻击角度可直接设定,无需根据制导参数计算。设置不同的目标机动方式以及不同的攻击角度和收敛时间,进行了多场景的数值仿真。结果表明,所提导引律能够有效实现攻击角度和收敛时间控制,并精确命中目标,同时相比现有导引律其制导性能更佳。

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。

基于时频感知加权的车辆路面冲击声品质评价

为表征与量化人对路面冲击声的主观感受,首先,对减速带工况冲击非平稳噪声信号进行声时感知时长定义,同时根据人耳听声可辨性将声时历程分为冲击段、峰值段及衰减段;进而,以小波变换提取冲击噪声中的主冲击与多重微冲击特征信息,组成冲击声品质评价的基础特征阵;然后,类比峰值因子法定义频域滤波因子,并基于序关系分析法确定时变感知加权系数,组建时频滤波网络对基础特征阵加权且建立冲击声品质时频感知评价指标;最后,基于实车过减速带冲击噪声测试数据计算声品质指标,并进行对比验证.研究结果表明:所提时频感知加权评价指标与主观评价的相关系数在车速20 km/h时为0.927,在车速30 km/h时为0.922;在考虑路面冲击声声时历程全程评价时,经典的声品质评价指标(特征频带时变响度)与主观评价的相关系数在车速20 km/h时为0.933,在车速30 km/h时为0.649;所提时频感知加权评价方法对于车速为20 km/h与30 km/h的情况具有较好的适用性.

多无人机协同打击制导控制技术研究进展

自杀式无人机具备长时巡航侦察和高速突防打击的特点,为充分发挥其集群进攻优势,突破复杂环境下的协同打击制导控制技术具有重要意义。由单机控制到集群动态协同、由单一约束到时空综合控制是探索时空约束下多机协同控制的基本思路。本文介绍了无人机集群进攻的应用背景,分析了多机协同打击系统发展现状;探究了攻击时间可控制导律、攻击角度可控制导律、时空约束下集群协同制导控制等关键技术;总结了当前无人机协同运用中的不足之处,并对下一步的研究方向进行了展望。本文研究的内容对于集群攻击作战运用及多机协同控制器的设计具有一定的参考意义。

考虑攻击时间及空间角度约束的三维自适应滑模协同制导律设计

面向三维场景下的多导弹协同攻击机动目标问题,基于固定时间稳定理论和自适应滑模控制理论,设计考虑时间及空间约束的分布式协同制导律。在弹目视线方向上,基于固定时间一致性理论提出一种改进型自适应鲁棒协同制导律,驱动弹群以期望的攻击时刻协同拦截机动目标,并避免滑模固有的抖振问题;考虑视线法向的空间约束,基于固定时间非奇异终端滑模控制理论设计一种鲁棒自适应滑模制导律,在实现终端碰撞角约束的同时避免弹群间碰撞。通过Lyapunov稳定性理论证明闭环系统的固定时间稳定性。仿真结果表明:所设计三维协同制导律可以有效控制多发导弹在期望攻击时刻同时打击机动目标,并以期望的终端角度攻击目标。

基于深度学习的时间角度控制制导律

针对考虑导弹气动力的时间角度控制制导问题,设计了一种基于深度学习的时间角度控制制导律;设计预测模块对考虑气动力的飞行器剩余飞行时间进行预测,预测模块引入前馈环节融合深度学习方法与理论模型,使用理论模型估计剩余飞行时间,使用深度神经网络估计理论模型的预测误差,提高剩余飞行时间预测精度;将精确剩余飞行时间引入时间角度控制制导律,使飞行时间误差收敛至零附近,最终实现飞行时间和攻击角度的共同控制。通过仿真试验验证了所设计的制导方法能够实现时间角度控制,相对于基于常值速度假设提出的制导律具有更好的制导性能。

不依赖剩余飞行时间的数据驱动攻击时间控制导引律

针对导弹的攻击时间控制问题,基于比例导引法和数据驱动方法设计出一种不依赖剩余飞行时间信息的两阶段攻击时间控制导引律。第1阶段为攻击时间控制阶段,在比例导引法框架下仿真构建弹道倾角与导弹飞行状态之间的关系数据集,利用神经网络方法离线训练出相应的映射网络模型,根据该映射网络可在导弹飞行过程中实时解算攻击时间对应的理想弹道倾角,导引指令将控制实际弹道倾角收敛至该理想弹道倾角;第2阶段则直接采用比例导引法,最终实现导弹攻击时间控制。不同条件下的仿真结果验证了该导引律的可行性和有效性,与现有同类导引律相比,所设计导引律对攻击时间的控制精度更高、所需控制能量更少。理论分析表明,该导引律可通过更换映射网络推广至攻击角度控制。

基于恒定冲击率模型的列车运行时间计算方法

现有的信号系统运行时间控制方法存在应用于不同线路时需重新规划,对时间误差响应慢,临时限速时误差较大的问题。基于恒定冲击率模型,研究分段命令速度集合下的时间预测方法,计算列车剩余运行时间,根据真实剩余运行时间实时调整分段命令速度集合,从而控制列车高效准时运行。基于提出的方法在国内某地铁线路展开现场试验,结果显示基于恒定冲击率模型的运行时间计算方法,实际运行时间与设定时间的误差小于3.5%,能够实时在线对列车运行速度进行全局合理规划,保证了列车的运行效率及舒适度要求。

考虑落角约束和气动不确定性的固定时间制导控制一体化设计方法

文中研究落角约束和气动不确定性条件下的机动目标制导控制一体化设计问题。首先,将目标的加速度和气动不确定性考虑为有界的外部扰动。其次,将典型的反步法与动态曲面控制技术相结合,提出了一种固定时间滑模控制方法来解决制导控制一体化设计问题,并通过引入固定时间微分器有效避免反步法中存在的“微分膨胀”问题。然后,借助于固定时间稳定性理论对闭环系统进行了稳定性分析,表明所提方法能够使所有误差信号在任意初始条件下实现半全局固定时间一致最终有界稳定。最后,通过仿真验证了所提方法的有效性。

基于双圆弧原理的协同制导律研究

为了突破舰艇配备的近程防御武器系统，反舰导弹需对攻击时间与攻击角度进行协同制导，以实施饱和攻击。文章基于双圆弧原理提出了一种多导弹攻击时间与攻击角度协同制导律。首先，采用双圆弧原理规划导弹的航路，将导弹导引到预定的攻击角度上。然后，根据待飞直线距离对待飞时间进行估算，求出预测时间误差，确定导弹按照特定的圆弧轨迹机动飞行的指令和机动飞行的时间，通过机动飞行来对时间误差进行补偿。最后，再利用所设计的导引律导引导弹攻击目标。

一种基于Dubins路径的在线快速航路规划方法

随着反舰导弹射程的增加,导弹攻击目标时的落角与时间控制精度要求越来越高。传统航路规划算法为满足时间和角度约束,需在直线路径附加机动,对导弹过载要求高,计算量较大。为解决这一问题,提出了一种基于Dubins路径的在线快速航路规划方法,通过Dubins路径规划实现角度控制,通过微调转弯半径实现精确时间控制。仿真结果表明,该方法在满足约束的前提下,有较高的时间控制精度,且计算量可满足实时性要求。

多导弹攻击时间与攻击角度两阶段制导

提出了一种新的多导弹攻击时间与攻击角度制导,其制导过程分为精确时间及粗略角度控制阶段和精确角度控制阶段。第一阶段:先将攻击时间控制问题转化为攻击距离跟踪问题,并将导弹导引模型转换为以弹目距离为输出的二阶非线性模型;然后估计各枚导弹到达时间,并据此指定攻击时间,再由指定攻击时间来设计期望的弹目距离;最后对此攻击距离跟踪系统采用时标分离的方法设计慢子系统和快子系统,针对这两个子系统分别进行动态逆设计,同时考虑对攻击角度进行粗略控制。第二阶段:在第一阶段控制的基础上,进一步采用变结构制导律,实现对攻击角度精确控制。另外,本文给出了一种考虑攻击角度的攻击时间确定方法。仿真结果验证了本文给出方法的有效性。

一种导弹攻击时间协同导引律

研究了具有攻击时间约束的多枚导弹协同导引律。首先，根据各枚导弹的估计到达时间来指定攻击时间，并由指定攻击时间设计期望的弹目距离，使攻击时间控制问题转化为弹目距离跟踪问题；然后，引入导弹导引非线性模型，采用反馈线性化的方法将其转化为线性模型；最后，利用线性极点配置的方法设计出稳定的控制律。仿真结果证明，所有导弹都能非常精确地按照指定攻击时间到达目标。

攻击时间控制的动态逆三维制导律

为使导弹按照指定的攻击时间攻击目标,在俯仰通道采用增广比例导引,而在偏航通道采用机动控制,该机动控制的作用为调整导弹的攻击时间使其趋于标称值.用剩余时间误差来表示当前剩余时间和标称剩余时间的差值,这里的当前剩余时间按照当前时刻弹目距离与速度的比值来计算.由弹目相对运动关系可知,偏航通道的控制量通过前置角间接控制当前时刻的弹目距离,因此,该控制量通过前置角间接控制剩余时间误差.对此控制系统,采用时标分离的方法设计了期望的慢子系统和快子系统,对这两个子系统分别进行动态逆控制设计,得到了导弹偏航通道的机动控制指令.仿真结果表明,这种制导方法最终使剩余时间误差趋于0,实现了导弹的攻击时间控制,并在导引后期能够获得直线弹道.