基于干扰补偿的高超声速制导炮弹反步滑模控制

针对制导炮弹高超声速运动过程中,具有高不确定性、快时变性和外界强干扰的飞行控制问题,提出一种基于干扰补偿的反演滑模控制策略。采用滑模微分器设计非线性干扰观测器,对建模不确定性、内部和外界扰动带来的等效干扰进行估计;根据反步法的递推思想将控制系统分解,对姿态角子系统设计自适应控制律并补偿其等效扰动估计值,对姿态角速度子系统设计滑模控制律并补偿等效扰动估计值;经李亚普洛夫稳定性理论证明,系统是稳定的。结果表明:所设计的控制系统能够快速稳定地跟踪指令信号,并且在建模不确定性、内部和外界干扰存在的情况下依然具有较强的抗干扰能力与跟踪精度。

高超声速制导炮弹终端滑模控制

针对高超声速制导炮弹的动力学耦合与非线性控制问题,设计一种基于反馈线性化的终端滑模控制器。首先,兼顾控制系统设计的简便性要求与高超声速制导炮弹的强非线性特点,建立非线性控制模型。然后,对模型中动力学耦合问题,根据微分几何理论对其进行反馈线性化,实现俯仰通道与偏航通道的解耦。最后,对两通道分别设计终端滑模控制器,且控制器有限时间收敛。仿真结果表明,所设计的控制器能够快速稳定的追踪指令信号,且在外界干扰与参数摄动的情况下依然具有良好的鲁棒性。

尾翼式低旋高超声速制导炮弹弹道特性分析

根据高超声速制导炮弹飞行空域大、气动参数多元非线性的特点,建立适配的6-D运动方程和自由扰动运动方程,并对某弹型进行了弹道仿真;调整6-D运动方程中的初始射角Λ,计算最大射程角,掌握射程等参数随射角Λ的变化规律;调整尾翼导转力矩系数m_(xw),采用蒙特卡洛法计算并分析了平衡转速n对低旋高超声速炮弹的散布的影响;分别采用平面、球形和椭圆大地假设对6-D运动方程进行了解算,并分析了地球转速Ω和扁率α_(e)对弹道特性的影响。结果表明:研究的尾翼式低速自旋高超声速炮弹能够保持飞行稳定,具有良好的弹体稳定性;为了适配安装控制系统后的控制能力、增加落点动能,应设计平衡转速n=8.7 r·s^(-1)。