面向可打击区域的高超声速飞行器制导控制一体化方法研究

针对高超声速飞行器制导和控制系统分离设计方法的不足,提出通过制导控制一体化设计提升其可打击区域的方法。首先,在建立高超声速制导控制一体化模型的基础上,揭示了其通过控制弹体坐标系与地面坐标系的牵连加速度来跟踪制导指令的工作原理。其次,通过典型弹道的数值仿真,对比分析了制导控制一体化设计相较于分离设计的控制信号差异。最后,通过确定制导控制分离设计及一体化设计的高超声速飞行器可打击区域的方式,从大样本仿真角度体现制导控制一体化的优势。结果表明,制导控制一体化设计可以放宽对可用过载的需求且有助于提升高超声飞行器的可打击区域。

通信速率约束下一体化角度协同制导控制方法

针对多飞行器协同拦截过程中的角度协同问题,设计了一种基于量化编码器的分布式一体化协同制导控制律。首先建立多飞行器协同制导与控制数学模型,并基于扩张状态观测器理论,对单个飞行器各状态进行观测。在此基础上考虑各飞行器间单次传输数据的字长、两次传输数据间隔的通信速率约束,采用量化器-编码器-解码器实现限制通信速率情况下的协同一体化制导控制设计。之后,通过严格的理论分析证明了满足强连通图有向通信网络下,多飞行器系统能够达成一致性且收敛到期望的相对视线角,并给出了满足收敛条件的参数选择范围。最后,通过数学仿真校验,验证了所提出的方法在较低的通信速率下能够完成协同。

带落角与舵面饱和约束的三维制导控制一体化设计

为使制导控制系统在实际应用过程中适用所面对的多种约束条件,同时避免制导与控制系统设计过程中反复迭代带来的巨大工作量,提出了一种带有落角与舵面饱和约束的三维制导控制系统一体化设计方法。根据导弹六自由度非线性模型以及三维弹目相对运动模型建立全状态耦合的制导控制一体化模型,基于动态面控制器原理,采用4级滑模面设计,构建了能够满足落角与舵面饱和约束的控制器,并给出了控制系统闭环稳定性证明。通过仿真实验有效验证了所提方法的正确性、有效性及鲁棒性。

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。

高速飞行器俯冲段制导控制一体化综述

本文从模型构建和方法设计两个方面对高速飞行器俯冲段制导控制一体化问题进行综述。首先,对俯冲段制导控制一体化模型构建进行总结,依据系统集成度提升程度的不同,分别对分通道制导控制一体化模型、全状态耦合高阶一体化模型,以及集成度提升低阶一体化模型构建进行了介绍,并对飞行器系统和设计模型特性进行了分析,指出了面临的主要设计问题。其次,针对俯冲段制导控制一体化设计难点,从快时变强不确定性鲁棒控制、高阶非匹配不确定性控制,以及考虑多约束控制方面对设计方法进行综述,总结并评述了国内外相关理论的发展现状和不足。最后,对俯冲段制导控制一体化的发展趋势进行了展望。

部分约束下空中目标拦截制导控制一体化方法

针对拦截空中目标的场景,提出一种考虑攻击角度的制导控制一体化(integrated guidance and control,IGC)方法,同时考虑输入饱和以及攻角的约束问题。首先,在俯仰平面下对包含不确定性的系统进行了建模。基于反演法和指令滤波器,处理了攻击角度约束问题和执行器机械限制的输入饱和问题,设计了含误差积分反馈的补偿项以处理跟踪误差,引入了障碍Lyapunov函数将攻角约束在预设区间。基于Lyapunov理论证明了闭环系统的稳定性和变量的有界性,以及各约束条件的成立性。仿真实验表明,方法能够以预设角度有效拦截目标,过程满足对输入以及攻角的约束条件,同时具备较强的鲁棒性。

固定时间收敛的三维制导控制一体化设计

针对终端角度约束、状态约束和控制受限问题,在三维空间内,提出一种固定时间收敛的导弹制导控制一体化设计方法。构建了带终端角度约束的制导控制系统三通道全耦合设计模型,采用固定时间收敛的滑模干扰观测器对一体化设计模型中的未知干扰进行估计和补偿。基于固定时间稳定性理论、终端滑模控制和反演控制方法等对制导控制系统进行一体化设计,并采用二阶指令滤波器对系统状态及控制指令进行约束。对所提方法的固定时间收敛特性进行证明,并给出具体的收敛时间表达式。通过导弹六自由度仿真,验证了所提方法的有效性和优越性。

舰空导弹制导控制一体化仿真

为精确模拟舰空导弹拦截目标弹道,精确计算导弹制导精度,必需开展舰空导弹制导控制一体化仿真。在分析某垂直发射舰空导弹飞行控制过程的基础上,建立舰空导弹制导控制一体化仿真所必需模型,包括导弹受力模型、六自由度运动方程组、控制系统模型及制导规律模型,根据所建立模型,采用迭代计算方法,按照一定的仿真计算流程,仿真计算了舰空导弹在惯性初制导段和半主动雷达寻的末制导段的弹道。仿真结果表明,所建立的制导控制一体化模型能有效模拟舰空导弹的惯性制导弹道和半主动雷达寻的制导弹道。

制导炮弹制导控制一体化滑模设计方法

鉴于制导炮弹高动态、大扰动等特殊发射和飞行环境,传统制导系统和控制系统单独设计会产生较大的误差,影响系统的稳定性,弹丸命中目标精度较差。采用制导控制系统一体化设计方法,基于滑模变结构理论,设计了制导炮弹导控一体控制律。通过数值仿真验证了所设计控制律的正确性、精确性和稳定性。数值仿真表明:采用滑模控制理论设计的导控一体控制律在较大摄动的情况下,仍然具有较高的控制精度;蒙特卡洛仿真表明该方法能够满足工程需要。

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。

拦截大机动目标的三维制导控制一体化设计

针对大机动目标拦截过程中目标加速度未知的问题,提出一种结合有限时间收敛扩张状态观测器与自适应动态面控制的复合三维制导控制一体化设计方法。首先,建立基于弹目视线坐标系下的三维全耦合六自由度侧滑转弯导弹的制导控制一体化模型,减少了假设条件;采用动态面方法,避免传统反步法设计中的"计算膨胀"问题,引入有限时间收敛的扩张状态观测器来在线估计并补偿包括目标加速度在内的不确定性,同时结合自适应鲁棒控制策略,对新型扩张状态观测器的观测误差进行补偿,有效地提高了对大机动目标的拦截精度。基于李雅普诺夫稳定性理论证明了闭环系统的稳定性。导弹六自由度全状态模型的拦截仿真证明了设计方案的有效性。

红外拦截弹输出反馈制导控制一体化设计

针对采用红外导引头的拦截弹,提出一种基于滑模观测器的制导控制一体化(IGC)控制方法,在导弹的部分状态已知和非匹配不确定性影响下,确保了其高精度拦截效果。首先,由于采用红外导引头的拦截弹的视线(LOS)角速率难以获取,系统将不满足干扰估计的匹配条件,设计了一种新型滑模观测器,通过构造补偿滑模观测器,同时实现导弹的未知状态和干扰的有限时间精确估计。然后,利用未知状态和干扰估计信息,设计反步控制器实现导弹的制导控制一体化,证明了系统的有界稳定。仿真结果表明,本文提出的方法可以获得较小的脱靶量,且对存在的不确定性具有较强的鲁棒性。

导弹积分反步制导控制一体化设计

制导控制一体化设计响应快、时延小,能充分考虑制导与控制间的耦合关系,但具有对象模型阶数高、鲁棒性差等特点.借用PI控制思想,将积分控制引入反步控制,设计基于积分反步方法的制导控制一体化算法,增强系统的抗干扰能力,实现对零视线角速率指令的高精度跟踪;通过构造高阶滑模微分器,观测反步控制中所需的视线角高阶微分信息,同时保证观测值对于真值的收敛速度和精度;设计基于浸入与不变的估计器估计目标机动信息,消除目标机动在拦截目标时对脱靶量的影响.仿真结果表明所设计的制导控制一体化算法可以实现导弹对目标的碰撞拦截,抑制目标机动带来的不利干扰,提高系统的鲁棒性.

火箭上升段滚动时域制导控制一体化设计

针对传统火箭上升段制导与姿态控制系统分离设计无法最大程度优化控制精度、控制量需求等系统整体控制性能的问题,提出一种基于凸优化的滚动时域制导控制一体化(IGC)设计方法。首先建立反映质心运动和绕质心运动耦合关系的IGC模型并对其进行反馈线性化获得面向控制的线性模型。然后考虑控制约束,将上升段IGC问题建模为最优控制问题,基于凸优化理论设计滚动时域控制器。该方法基于滚动时域控制(RHC)策略中反馈校正和滚动优化的思想,可以及时弥补模型误差和外部干扰等造成的不确定性;同时利用凸优化算法计算复杂度低、求解简单的优势,有效解决了含控制约束的复杂优化问题的求解。基于李雅普诺夫稳定性理论证明了闭环系统的稳定性。数值仿真校验了该滚动时域控制方法的有效性和鲁棒性;并且仿真结果表明,火箭上升段IGC设计比传统分离设计制导精度更高、控制量需求更小且姿态变化更加平缓。

飞行制导控制一体化设计方法综述

从系统模型和控制设计方法两个方面综述了飞行器制导控制一体化设计方法的研究现状.论述了制导控制一体化设计中的关键问题,即系统具有较高的阶数和系统存在大量不确定性.提出了基于自抗扰控制的三维制导控制一体化设计方法.该控制方法具有简明的线性结构,并且可以对飞行控制系统中的非线性时变不确定性进行实时估计和补偿.仿真结果表明该方法可以对付大范围的不确定性,具有很好的鲁棒性.

拦截弹自适应最优滑模制导和控制一体化设计

针对传统制导和控制分开设计在拦截高速机动目标时的缺陷,设计了一种自适应最优滑模制导和控制一体化算法。首先基于零化视线角速率的思想,建立了制导和控制一体化模型;然后选取视线角速率为滑模面,结合HOSM鲁棒精确微分器参数,提出了一种最优滑模一体化制导和控制算法;最后设计了一种不确定性上界的自适应估计算法。仿真结果表明,与传统的制导和控制分开设计相比,所设计的一体化方法使得拦截弹具有更小的脱靶量,且姿态变化更加平稳。

终端角度约束制导及制导控制一体化方法综述

针对制导武器终端角度约束下的制导方法和制导控制一体化方法进行综述。首先,对比分析了几种典型的终端角度约束定义,针对二维、三维交战场景构建了面向终端角度约束的制导及制导控制一体化设计的状态空间模型;其次,针对终端角度约束下的制导方法以及制导控制一体化设计方法进行分类、归纳总结与对比;最后,针对终端角度约束制导和制导控制一体化设计中存在的多约束落角控制、信息估计、落角范围估计、协同制导等问题进行了展望。

基于反演滑模控制的导弹制导控制一体化设计

针对传统制导和控制分开设计在拦截高速机动目标时的不足,给出了一种反演滑模一体化制导控制算法。首先利用微分几何理论,建立了一体化制导控制模型;然后根据平行接近原理,基于滑模控制和反演法,设计了一种反演滑模控制的导弹制导控制一体化算法;最后基于Lyapunov理论证明了系统的稳定性。数值仿真结果表明,所给出的一体化制导控制方法能够克服未建模的不确定性和目标机动干扰,具有较强的鲁棒性。

基于自适应模糊滑模的复合控制导弹制导控制一体化反演设计

针对姿控式直接力/气动力复合控制导弹,提出一种基于滑模反演控制的制导控制一体化控制律。通过引入指令滤波器,避免了传统反演设计存在的计算膨胀问题;设计自适应模糊逼近器对系统不确定函数进行逼近,并构造误差滑模面来补偿模糊逼近误差及有界干扰对系统的影响,通过在线自适应调整控制律参数实现系统的鲁棒性。具体的数值算例仿真计算表明:在目标机动的情况下,所设计的一体化制导控制系统具有较强的抗干扰能力,在保证系统稳定的同时可达到满意的制导控制效果。

导弹三维制导控制一体化设计

针对导弹的三维制导控制一体化设计问题,给出了基于微分几何和特征结构配置的一体化设计方法,以保证导弹能够垂直命中目标。综合考虑制导回路与控制回路之间的耦合关系、纵向通道与侧向通道之间的耦合关系,给出了导弹的三维制导控制一体化模型,使用微分几何方法对一体化模型进行了反馈线性化,基于特征结构配置方法根据期望性能设计三维制导控制系统的结构。仿真结果表明,针对不同的仿真算例脱靶量都小于0.5m,同时弹道倾角都大于83.5°、弹道偏角都小于5.5°,说明该方法满足制导控制精确度要求,而且在命中目标的同时能够满足对攻击角的约束。