基于新型非线性函数的动能拦截器自抗扰姿态跟踪控制

针对动能拦截器在开展空间拦截任务时,对姿态控制系统快速性、准确性和鲁棒性的极高要求,提出了一种新型自抗扰控制方法.建立了动能拦截器姿态动力学模型,并将其转换为姿态跟踪误差二阶状态方程;基于自抗扰控制器中小误差大增益、大误差小增益的思想,设计了一种新型的非线性函数;基于该非线性函数,设计了一种新型的跟踪微分器,并且优化了扩张状态观测器和非线性控制器.将指定时间收敛的预设性能函数作为跟踪微分器的期望信号,可实现姿态误差按照预设性能函数收敛到期望值,且收敛时间可预先确定.利用伪速率(pseudo rate,PSR)脉冲调制器对连续控制力矩进行脉冲调制.数值仿真结果表明本文设计的控制方法具有较高的姿态控制精度,在面临环境扰动时具有较好的鲁棒性.

大气层外动能拦截器制导控制技术研究进展与展望

大气层外高速、大机动、多目标飞行器的拦截问题已成为当前空天防御体系构建面临的重大挑战和难点。首先,对近年来国外大气层外动能拦截器技术及飞行试验现状进行了梳理和总结;其次,对大气层外单一拦截器制导控制方法和多弹协同拦截制导控制方法的研究进展进行了综述;最后,对大气层外动能拦截器未来重点开展的关键技术进行了展望,以期为未来大气层外动能拦截器技术发展提供方向性参考和借鉴。

目标机动补偿的动能拦截器增量式制导方法

面向目标强机动、推力干扰、测量偏差的动能拦截器强抗扰末制导方法设计问题,提出一种目标机动补偿的大气层外动能拦截器增量式强抗扰末制导方法。通过回采推力传感信息、视线转率辅助微分信息,同时联合增量式制导方法与惯性时延的扰动估计方法,对目标机动等不确定性和内外部不确定性等带来的扰动进行实时补偿并融合至制导算法,从而实现复杂工况下拦截器对抗机动目标的制导系统扰动降级与鲁棒增强等目的。复杂工况下仿真结果表明:所提方法对强机动目标、测量偏差、推力干扰等多源扰动具有强抗扰能力,并且能够实现精确碰撞式拦截任务。

高空动能拦截器末制导导引方法设计与实现

以高空动能拦截器为研究对象 ,为其末制导段设计了一种“逐段限制视线转率”的导引方法 ,使之最终能直接命中目标 ,实现动能拦截的任务并通过仿真计算验证了该导引法的可行性。

反导动能拦截武器的现状与发展研究

介绍了动能拦截弹在弹道导弹防御中的应用,分助推段拦截、中段拦截、末段拦截对美国发展的动能拦截武器进行了详细说明。介绍了动能拦截弹的组成,给出了动能拦截器的关键技术,对动能拦截器技术的发展进行了阐述。

基于非线性Terminal滑模的动能拦截器末制导律设计

滑模制导律由于具有优越的性能而得到广泛关注,其设计的关键是滑模面的选取。传统的滑模变结构制导律通常都选择线性滑动平面,并保证系统到达该平面后跟踪误差渐近地收敛到零,在此过程中对收敛时间没有约束,因此不能满足快速性要求。针对这一问题,可以采用Terminal滑模控制策略,即在滑模面设计中引入非线性函数,使跟踪误差在有限时间内收敛到零。分析了一类非线性Terminal滑模面在应用中存在的问题,针对该问题设计了一种改进形式的非线性Terminal滑模面,并推导了系统从任意初始状态到达平衡状态所需时间的表达式。之后,针对动能拦截器末制导,基于改进方法设计了一种非线性Terminal滑模制导律,仿真结果表明,相对于传统的滑模制导律,所设计的制导律可以满足动能拦截的要求,不仅能够使系统状态在有限时间内收敛,而且脱靶量更小。

能量约束下的动能拦截弹逆轨拦截攻击区建模

针对动能拦截弹(KKV)拦截高速目标的拦截末端对抗分析问题,提出一种末端拦截弹攻击区建模方法以及目标最优规避策略。首先,通过空间几何关系推导并得出了拦截弹与目标机动范围在攻击区中的投影计算方法。以所建立模型为基础,推导捕获区与逃逸区以及界栅的计算方法,并给出了显式表达式。随后,引入燃料消耗这一能量约束条件,进一步建立考虑能量约束的攻击区计算模型。对于目标,通过对所建立的攻击区及相应的投影进行分析得到了其最优规避策略。仿真结果表明,文中所建立的模型、投影计算方法及目标最优规避策略是正确的。利用本文提出的模型,可根据末端拦截弹与目标的参数对拦截弹捕获逃逸区进行快速计算。通过对不同情况下的攻击区进行分析,可为助推火箭与拦截弹末制导交接班条件的研究提供便利。

直接力/气动力复合作用动能拦截弹姿态控制方法

针对直接力/气动力复合作用动能拦截弹的姿态控制问题,建立了拦截弹俯仰-偏航通道短周期运动模型;利用线性二次型最优跟踪控制理论结合姿控固体小火箭点火逻辑设计了复合控制系统,通过分析非线性容限得出了该系统对直接力偏差具有强鲁棒性的结论;姿控回路仿真表明系统具有快速响应特性及良好的跟踪性能,考虑侧喷干扰效应等实际条件的六自由度弹道仿真表明所设计的控制系统能够满足拦截末段直接碰撞要求。

动能拦截器姿控与轨控方案设计及仿真

针对大气层外动能拦截导弹,建立了连续脉冲、间隔脉冲和单脉冲3种姿、轨控发动机推力模型,从减小发动机开关频率和提高制导精度着手,设计了发动机的开关门限控制规律。对动能拦截器末制导段弹道进行了仿真。结果表明,在目标不机动的情况下,靠姿、轨控发动机提供的机动过载,可实现动能拦截器与目标的直接碰撞;在目标机动的情况下,受姿、轨控发动机推力大小和开关机次数的限制,直接侧向力提供机动过载和维持姿态稳定的能力有限,为使脱靶量达到最小,应优化选择动能拦截器在中末制导交班时刻的弹道倾角和弹体姿态角。

动能拦截弹姿控发动机组合点火算法研究

为了提高拦截弹的拦截精度,通常要在弹体上引入侧喷直接力姿控系统。对于由小型固体脉冲式发动机阵列构成的该系统,必须解决多发动机组合点火问题。根据组合点火问题的特点,将动能拦截弹姿控发动机组合点火算法问题转化为用0-1规划模型处理的数学问题。鉴于常规的求解0-1规划问题算法的复杂度均比较大,无法满足高超声速动能拦截弹对响应时间的要求。而贪心算法具有时间复杂度小、求解结果比较合理等特点,故采用了贪心算法对该问题进行了快速近似求解。仿真实例结果表明由贪心算法实现的点火策略计算时间稳定在1-0 5S数量级上,且所得到的解与理论值相比误差不超过3.7%,完全满足高超声速动能拦截弹的要求。

基于Terminal滑模的动能拦截器末制导律研究

针对大气层外动能拦截器的精确拦截问题,给出了一种基于Terminal滑模的鲁棒末制导律设计方法。在不考虑动能拦截器姿态运动的情况下,建立了动能拦截器纵向平面和侧向平面内的相对运动方程,并通过在末制导滑模中引入非线性项,去除了传统变结构制导律中的切换项,保证制导系统具有全局快速性。仿真结果表明Terminal滑模应用于动能拦截器精确末制导律设计中的有效性,较之传统的比例导引和变结构制导方法,能有效抑制视线的发散,对目标机动具有更强的鲁棒性,并具有更高的拦截精度。

一种优化PWPF调节器在动能拦截器末制导中的应用研究

应用PWPF(Pulse Width Pulse Frequency)调制技术研究空间动能拦截器的末制导律设计问题。针对PWPF调节器参数设置上的局限性,提出了一种非线性优化目标函数,综合考虑了PWPF调节器的线性工作区要求及脱靶量、燃料消耗量等制导系统的性能指标要求。利用提出的优化目标函数,应用遗传算法对PWPF调节器参数进行优化设计,并进行了仿真研究。仿真结果表明了该方法的有效性。

动能拦截器拦截战术弹道导弹的脱靶量仿真

在末制导段采用动能拦截器拦截战术弹道导弹,可以利用其快速响应的直接力控制技术提高命中精度,达到直接碰撞杀伤目标的目的。本文探讨了动能拦截器在末制导段拦截战术弹道导弹的轨道和姿态控制规律,建立了拦截的脱靶量仿真数学模型。在此基础上,对在不同给定误差条件下的拦截脱靶量进行了仿真计算与分析。

动能拦截器末制导控制系统建模与仿真

对动能拦截器末段拦截的制导与姿态控制系统进行建模和仿真分析。首先建立末制导系统模型,其中包括拦截器结构模型、六自由度动力学与运动学模型、测量模型和制导控制律模型。重点分析了拦截器质心位置误差和发动机推力偏心造成的推力和力矩误差,以及由此造成的轨控系统与姿控系统的相互影响。采用一种分段末制导律,并将基于相平面分析的方法用于姿态控制律设计,以克服干扰力矩的影响。仿真分析表明,采用相应的轨控和姿控方案,能保证系统的稳定性,对目标进行成功拦截。

固体动能拦截器研究初探

简介了固体动能拦截器的研究意义、用途及构成,分析了国外研究及应用现状。对固体动能拦截器动力控制设备,即三轴稳定的和直接作用力两种推力矢量控制系统方案进行了讨论。

大气层内动能拦截弹脉冲矢量发动机点火控制算法研究

基于脉冲矢量发动机的工作特点,提出了在飞行末端分段设计跟踪过程控制力的方法,其中过渡段利用最优控制以使所消耗的发动机数量最小,并引入神经网络以保证工作的实时性。在飞行初段,提出用直接力来对弹道进行调姿以减小中制导段需用过载的方案,并利用最优控制的方法设计了直接力作用方案。点火控制算法基于极坐标的形式,该法可充分利用脉冲矢量发动机,且可灵活控制直接力的指向。仿真表明,所提方法可以最小的代价跟踪上外界输入,具有较高的工程应用价值。

大气层外动能拦截器末制导分析

以大气层外动能拦截器拦截战术导弹弹头为研究目的 ,建立了拦截器的六自由度运动学、动力学模型 ,以及拦截器的轨控和姿控发动机的推力特性和控制模型。提出了修正比例导引律的实现方案 ,进行了末制导过程的仿真 ,并分析了影响脱靶量的一些因素。仿真结果表明 ,在轨控和姿控发动机的作用下 。

大气层内动能拦截器的脱靶量分析

动能拦截器以直接碰撞的方式攻击目标,与传统导弹相比,其零脱靶需求对导弹提出了更为严格的要求。从分析影响脱靶量的各因素入手,应用理论推导和数字仿真的方法,分析了要实现零脱靶量拦截,导弹各系统需满足的一些条件。所得结论具有一定的工程应用价值。

侧窗探测动能拦截器末段轨控方案

针对侧窗探测动能拦截器(SWDKKV)的末段轨控问题,基于变结构控制理论提出了一种新的轨控方案。首先考虑侧窗约束,建立了三维空间下的轨控模型。随后,针对侧窗探测动能拦截器只能输出定常开关推力及具有姿态定向约束的特点,提出了一种新型变结构滑模面,基于所提出的滑模面设计了适合于末段拦截的bang-bang形式的轨控方案,采用Lyapunov稳定性理论严格证明了所提出方案的稳定性。为了降低喷气消耗,设计了滑模死区,且研究了能够保证命中精度的滑模死区的参数取值范围。仿真结果表明,所设计的轨控方案可确保动能拦截器直接撞击目标,设置滑模死区可以在保证命中精度的同时降低喷气消耗。

基于自适应鲁棒反演的固体动能拦截器姿态跟踪控制

针对固体动能拦截器姿控发动机推力恒定、分散式布局控制力矩的强耦合特性及系统模型存在不确定特点的拦截器姿态稳定跟踪控制问题,提出了一种基于自适应鲁棒反演的新型姿态控制器设计方法。充分考虑姿态控制系统中三通道及姿控推力间的相互耦合关系,建立了姿态控制耦合模型,利用反演及滑模方法设计了实际与虚拟控制量。通过自适应方法对系统内各通道间的耦合及不确定项进行估计及补偿,提高了姿态控制的精度。基于PWPF调制方法,将设计的连续控制量解算成可直接用于姿态控制的脉冲控制量,实现了拦截器的数字变推力控制。仿真结果表明,所设计的姿态控制算法在参数摄动及存在不确定干扰的情况下,仍满足姿态稳定跟踪要求。