导引头稳定平台离散时间预设性能控制

针对现有离散时间预设性能控制方法对滑模趋近律依赖度高、抖振缺陷明显的难题,通过创建一种摆脱了滑模控制的设计新框架,为拦截弹导引头稳定平台提出了一种离散时间预设性能控制新方法。首先,设计一种离散时间性能函数对跟踪误差的收敛轨迹进行包络约束;然后,定义一种离散时间转换误差并将其用于构造一种新颖的反馈函数;设计离散时间控制律对新开发的反馈函数而不是转换误差进行镇定,不仅保证了所有跟踪误差均具有期望的预设性能,还摆脱了控制算法对滑模趋近律的依赖性,从根本上解决了控制抖振难题;最后,通过数值对比仿真验证了所提方法的有效性与优势。

导引头稳定平台指向误差建模与参数标定

为提高两轴双框架导引头稳定平台的视轴指向精度,提出了一种稳定平台误差建模与参数标定的方法。根据导引头稳定平台的光机结构特点,应用局部指数积(POE)公式建立了稳定平台的运动学模型与指向误差模型。并通过对机械结构的误差分析,将旋转轴偏差归结于框架的初始姿态误差,简化了指向误差模型。针对稳定平台误差参数标定问题,提出了一种基于最小二乘法的改进遗传算法。首先,将最小二乘法产生的次优解作为遗传算法的初始种群,并对一般遗传算法进行改进。然后,对优化的遗传算法进行数值仿真,得到满足要求的最优解。仿真结果表明:该算法具有收敛速度快、鲁棒性好等优点。

基于ESO的导引头稳定平台双积分滑模控制

为了提高导引头稳定平台抗扰性及速度稳态跟踪性能,提出了一种基于扩张状态观测器(Extended State Observer,ESO)的双积分滑模控制器(Double Integral Sliding Mode Controller,DISMC)。首先,采用二阶扩张状态观测器对系统的未知扰动进行估计;然后,采用了双积分滑模控制器实现了系统的低稳态误差跟踪,同时采用了改进的幂次趋近律来削弱控制系统的抖振影响;最后,采用导引头稳定平台进行目标跟踪实验和隔离度性能测试。实验结果表明,与传统基于扰动观测器(Disturbance Observer,DOB)的PI控制方法相比,跟踪3(°)/s的梯形波时,在提出的控制器作用下速度跟踪快速性提高了48 ms,跟踪误差标准差提高了0.0131(°)/s。同时用转台模拟弹体扰动分别为sin(πt)°、3sin(5πt)°、7sin(2πt)°时,系统的隔离度分别提高了2.91%、0.45%、0.7%,表明基于扩张状态观测器的双积分滑模控制器对导引头稳定平台具有较强的抗扰性和较好的跟踪性能。

平台导引头隔离度对导弹制导系统影响

弹簧力矩和阻尼力矩是平台导引头产生隔离度问题的主要因素,为了研究平台导引头隔离度对导弹制导系统的影响,建立了包含隔离度寄生回路的制导系统模型;在此模型的基础上,分析了隔离度与制导系统稳定性的关系;在雷达导引头典型噪声输入条件下,仿真得出了不同隔离度时对应的导弹脱靶量.结果表明:制导系统主要参数的变化会引起隔离度寄生回路稳定域的变化;弹簧力矩引起的隔离度越大,随着弹目距离接近制导系统越早发散,而阻尼力矩引起的隔离度变大时,制导系统发散时间推迟;导引头噪声输入下弹簧力矩引起的隔离度越大,脱靶量越大,阻尼力矩引起的隔离度越大,而脱靶量则变小.所得结论可以为导弹总体设计以及导引头相关指标论证提供理论指导.

平台相控阵导引头寄生回路和制导性能分析

结合雷达相控阵波束控制原理和平台导引头稳定跟踪技术,完成了基于平台角速度前馈解耦的平台相控阵导引头(phased array seeker with platform,PASP)控制系统建模。根据前馈信号提取点的不同,完成了相应的隔离度传函与寄生回路稳定性研究。研究表明,与捷联结构相比,采用平台稳定结构能大大提高相控阵导引头的隔离度水平;采用稳定平台角速率陀螺输出作为相控阵前馈信息能够保证隔离度寄生回路具有较大的稳定域。考虑典型随机干扰,利用伴随法,完成了隔离度寄生回路对制导系统的影响研究。仿真结果表明,采用平台相控阵结构,利用角速率陀螺前馈的导引头方案能够有效抑制隔离度寄生回路对末制导系统的影响,获得较好的制导精度,与寄生回路稳定性分析的结果吻合。

空空导弹平台相控阵导引头隔离度特性

为了满足空空导弹在跟踪高速大机动目标时对导引隔离度特性提出的严苛的要求,采取平台式相控阵导引头结构。提出的平台式相控阵导引头采用外框拉杆驱动、内框电机驱动的模型,并在此基础上建立了平台相控阵导引头的跟踪模型、隔离度传递函数模型,通过平台角速度前馈实现角速度解耦。研究了采用不同的前馈角速度提取点时对隔离度特性的不同影响。基于不同的隔离度模型研究了隔离度寄生回路稳定域分析和隔离度度寄生回路对制导系统的影响研究。通过上述研究,获得了平台相控阵导引头结构的数学模型,为后续工作奠定理论基础,验证了平台相控阵导引头结构方案具有与相控阵导引头相同的快速性,并且其隔离度水平为相控阵隔离度与平台隔离度的乘积,能够有效提高空空导弹制导精度。

平台导引头隔离度特性研究

为了研究平台导引头在不同视线角速度提取方式下的隔离度特性,建立了基于惯性基准的典型平台导引头隔离度模型和隔离度寄生回路模型,分析了噪声对不同视线角速度提取的影响,推导出了干扰力矩下不同提取方式的隔离度传递函数,利用无量纲化方法和劳斯判据分析了隔离度寄生回路稳定性。研究表明:不同视线角速度提取点对不同噪声敏感度不同,制导系统参数、干扰力矩类型和视线角速度提取方式均会对隔离度寄生回路稳定性造成影响,在导引头不同主要干扰因素下选择合理的视线角速度提取方式有助于提高制导系统性能。

平台导引头隔离度对制导系统Lyapunov稳定性的影响

为了研究平台导引头隔离度对制导系统稳定性的影响,建立了不同制导信号提取点和不同干扰力矩引起的隔离度传递函数模型及制导系统模型,采用分析时变系统Lyapunov稳定性的无源性方法分析了制导系统的一致渐进稳定条件,基于制导系统稳定条件提出了隔离度幅值指标计算方法。研究表明,从角速率陀螺处提取制导信号时制导系统满足一致渐进稳定性对末导时间及隔离度幅值指标的约束比从稳定回路指令处提取时严格,弹簧力矩引起的隔离度幅值指标较阻尼力矩严苛,导引头测试时应密切关注从角速率陀螺处提取制导信号及弹簧力矩引起的隔离度幅值。

基于STUKF的激光平台导引头干扰力矩在线补偿方法研究

隔离度会降低导引头输出信息的精度,增加导弹的脱靶量。针对激光平台导引头的隔离度问题,首先建立了考虑隔离度寄生回路的制导系统模型,经分析确定干扰力矩为引发隔离度的主要原因,并提出采用滤波算法对其进行估计补偿的方案。之后依据平台导引头的基本结构与干扰力矩的产生机理建立了用于在线辨识隔离度的非线性滤波模型,采用强跟踪无迹卡尔曼滤波算法(STUKF)补偿建模误差,解决了干扰力矩难以精确建模的问题,以对其进行在线辨识与前馈补偿。最后对所提方法进行了数学仿真与半实物仿真实验论证,实验结果表明:所提方法可增强导引头光轴对弹目视线角速度的跟踪能力,改善导引头输出制导信息的品质,并有效地抑制隔离度,达到提升系统制导精度的目的。

基于扰动观测器的导引头隔离度抑制方法研究

干扰力矩引起的平台导引头隔离度不仅会影响导引头输出精度,还会增加导弹制导系统脱靶量。针对隔离度对导弹制导精度带来的严重问题,设计了基于扰动观测器(DOB)的隔离度在线抑制算法,并分别研究了导引头建模误差、探测器输出频率以及测量噪声对隔离度抑制效果的影响。研究结果表明:基于DOB的隔离度抑制算法能够有效实现对隔离度的在线抑制,但导引头建模误差、探测器输出频率以及测量噪声会一定程度降低隔离度的抑制效果。

全捷联图像导引头制导的技术特点

分析了平台式导引头的技术特点与要求,对捷联式导引头视线角提取方法、刻度因数及精度测试方法、制导系统结构等进行了研究。首先,建立了全捷联光学导引头的数学模型,提出了视线角提取方法;接着,分析了全捷联导引头刻度因数的特性及其测试方法,并利用稳态卡尔曼滤波器对体视线角进行滤波;最后,利用"姿态+过载"驾驶仪,结合"近似积分比例导引"进行全捷联导引头的制导与控制系统仿真实验。测试与仿真实验显示:全捷联导引头视场角大于0.289°时的刻度因数误差小于7%,符合刻度因数理论计算结果;0.0056°的分辨率小于一个周期内的体视线角平均变化量0.011°,满足采样更新的要求,可实现末制导1m的打击精度。实验结果表明大面阵和高分辨率是全捷联图像导引头制导应用的重要手段。

导引头末制导目标精度控制仿真研究

在制导系统设计中,分析论证导引头隔离度指标具有重要的工程意义。为了建立论证导引头隔离度指标的仿真分析方法,从制导回路稳定性和制导精度两方面研究了导引头隔离度对于制导系统的影响。建立了含隔离度模型的平台导引头模型和含隔离度寄生回路的制导系统模型,基于隔离度寄生回路模型研究了隔离度幅值和相位特性对寄生回路稳定性的影响。其次,基于某空地导弹六自由度弹道仿真以及含隔离度寄生回路的制导系统模型仿真研究了隔离度对制导精度的影响。仿真结果表明:隔离度幅值增大相位滞后对于隔离度寄生回路稳定性以及制导精度有不利影响。建立的仿真研究方法和所得结论可以为导弹制导控制系统设计和导引头隔离度指标的论证提供依据。

制导滤波器对导引头寄生回路特性影响分析

为分析平台导引头隔离度寄生回路稳定性的影响因素,对隔离度及寄生回路建模。通过Routh判据研究了导引参数与滤波器参数对寄生回路稳定性的影响。结合某毫米波平台导引头实例,用频域法分析了典型条件下隔离度寄生回路特性,结合伯德图对3种常用制导滤波器特性及其对寄生回路稳定性影响进行了说明。研究表明:隔离度寄生回路的稳定性在中频段最差,导引参数、隔离度特性及滤波器差异均对隔离度寄生回路的稳定性有重要影响。

新型过载驾驶仪滚转弹制导系统稳定性研究

针对平台式图像导引头实际应用中的隔离度寄生回路问题,基于新型过载驾驶仪开展了滚转弹锥形运动的动态稳定性研究。根据滚转弹体的线性动力学模型,引入加速度反馈增稳的新型过载驾驶仪,构建了考虑平台图像导引头隔离度寄生回路的滚转弹体制导系统模型,推导了新型过载驾驶仪滚转弹制导系统的动态稳定性条件。分析了隔离度、舵机总延迟角等重要参数对包含隔离度寄生回路的滚转弹体动态稳定域的影响。研究表明:滚转效应、寄生效应与控制指令延迟是导致驾驶仪参数设计稳定域减小的主要因素,制导系统设计参数应远离稳定性边界从而提升锥形运动稳定性。

三轴跟踪平台框架轴的惯量耦合特性研究

为了提高制导武器的目标捕获能力,基于刚体力学的相关理论及坐标变换矩阵对某导引头三轴跟踪平台框架间的惯量耦合关系进行了建模与分析。仿真实验结果证实内框架转角γ对中框架轴的耦合转动惯量产生的影响不会超过7×10-5 kg·m2;内框架转角γ和中框架转角β均会对外框架轴的耦合转动惯量产生影响,但影响最大不会超过1×10-4kg·m2。文中的研究为三轴跟踪平台的结构优化和控制系统的设计提供了方法依据。

激光制导炸弹捕获域快速解算方法

为实现激光制导炸全弹道弹捕获域的快速计算,首先通过对激光导引头捕获目标条件分析,以目标为中心建立了激光制导炸弹瞬时捕获域模型并给出了瞬时捕获域的形状及决定因素,在此基础上,提出了激光制导炸弹全弹道捕获域的计算方法。其次以制导炸弹飞行弹道倾角不变为假设,给出了采用平台导引头和捷联导引头激光制导炸弹的全弹道捕获域理论表达式。最后,对采用不同制导律的激光制导炸弹捕获域理论计算值与仿真值进行了对比,结果表明:捕获域理论表达式计算结果与弹道仿真结果基本吻合,可用于激光制导炸弹捕获域的快速解算。

基于改进的双闭环PID导引头力矩电机控制策略研究

借助NI公司功能强大的数据采集卡和Lab VIEW图形化编程软件,设计了一个性能稳定、测试速度快,自动化程度较高的导引头稳定平台静平衡测控系统,重点针对导引系统直流力矩电机控制中存在的时变、非线性和参数不确定性等问题,在充分研究了现有直流力矩电机伺服控制技术的基础上,首先建立了直流力矩电机的数学模型并对其进行了分析,随后对传统的位置式PID算法采用变速积分策略进行了改进并应用到直流力矩电机位置-速度双闭环PID控制中,仿真结果表明,改进的位置式PID算法大大提高了系统的自学习能力和鲁棒性,显著地改善了控制过程的稳定性。