多BTT导弹滚转通道姿态约束下的固定时间姿态协调控制

针对多倾斜转弯(bank-to-turn,BTT)导弹在姿态约束下的滚转通道一致性安全控制问题,提出一种分布式固定时间姿态协调控制器。BTT导弹气动参数变化强烈、对机动要求高,对控制器提出了响应速度快、抗干扰能力强、且需满足姿态受限约束等要求。针对上述问题,基于固定时间控制技术、障碍Lyapunov函数,结合多智能体系统协调控制理论,对多枚BTT导弹滚转通道提出一种分布式固定时间姿态协调控制律。在所提协调控制律下,所有BTT导弹的滚转角可在固定时间一致收敛至给定的参考指令信号,且在控制过程中满足姿态约束条件。仿真结果表明了所提方法的有效性。

带倾侧角约束STT形式及BTT形式的机动飞行器速度控制方法

随着飞行任务的变化,对机动飞行器进行速度控制时的运动姿态提出了新的要求。为了提高速度控制精度以及拓展该方法在多种控制方式中的应用范围,首先,利用高斯伪谱法(Gauss Pseudospectral Method,GPM)生成理想速度曲线,为飞行器作速度控制提供可靠的速度参考曲线;然后,提出了带倾侧角约束的侧滑转弯(Skid To Turn,STT)形式以及倾斜转弯(Bank To Turn,BTT)形式的速度控制设计方法。仿真分析表明,本文提出的方法,能够实现对再入飞行器落速的精确控制,同时实现带倾侧角约束STT形式及BTT形式的机动飞行器速度控制。

BTT导弹块模型的鲁棒自适应设计

针对BTT导弹的非线性模型,给出了其适合用backstepping设计方法的块控模型。充分利用系统的结构特点,结合块控原理、backstepping设计方法、鲁棒控制和自适应控制方法,提出了一种鲁棒自适应控制器的设计方法。允许系统中的每一个子块都存在不确定性,采用非线性跟踪微分器减小了backstepping设计中的"计算膨胀"问题,并且避免了系统控制矩阵未知时控制器可能的奇异问题,证明了系统的状态跟踪误差和参数误差指数收敛于原点的一个邻域。最后给出的仿真结果显示了本文方法的有效性。

BTT导弹控制系统鲁棒动态逆设计

应用双时标的假设 ,将导弹动力学分离为快变状态动力学和慢变状态动力学。然后 ,对慢变动力学和快变动力学分别进行反馈线性化设计。考虑到空气动力系数具有较大的不确定性 ,进一步 ,对期望的慢变动力学和快变动力学进行鲁棒控制设计。

BTT导弹的自适应滑模反演控制设计

针对具有非匹配不确定性的BTT导弹非线性动力学模型,结合反演控制、自适应控制和滑模控制方法,设计了一种新颖的BTT导弹自适应反演滑模控制器。反演设计的每一步中均采用具有范数型切换函数的连续滑模控制律,并采用自适应算法对不确定性的上界进行估计。将虚拟控制量的导数作为不确定性处理,利用自适应滑模控制的鲁棒性对其进行补偿,解决了"计算膨胀"问题,简化了控制系统的设计,并且设计中无需事先已知气动参数摄动的上界。采用Lyapunov稳定性理论证明了跟踪误差最终有界。仿真结果显示了本文设计方法的有效性。

BTT导弹的变结构解耦控制系统设计

倾斜转弯(Bank-to-Tum,BTT)导弹由于气动外形不对称,以及存在较大的滚动速率,其各个通道之间存在强烈的耦合。本文在变结构控制理论对外界扰动的不变性原理的基础上,采用变结构控制方法设计了BTT导弹的输出解耦控制律。仿真结果验证了本文设计的变结构解耦控制器对于导弹这类参数快速时变,通道间耦合严重,有不确定因素的系统能够实现解耦控制,并具有动态响应快,超调小的特性。

H_∞理论在BTT导弹自动驾驶仪设计中的应用

研究了H∞控制理论在BTT导弹自动驾驶仪设计中的应用,重点讨论了广义被控对象模型的建立,以及权函数的选取原则。首先建立俯仰独立、滚转偏航耦合的BTT导弹数学模型,通过分析BTT导弹设计需求,选择权函数,建立起H∞控制BTT自动驾驶仪结构模型,并用H∞方法设计了BTT导弹俯仰通道和侧向通道的自动驾驶仪。

基于神经网络的BTT导弹鲁棒动态逆设计

针对存在不确定性的BTT导弹系统,基于神经网络提出了一种鲁棒动态逆控制系统设计方法。首先应用双时标假设将BTT导弹动力学分离为快变状态动力学和慢变状态动力学。然后,在巧妙地利用导弹气动参数特性设计Lyapunov函数的基础上,对快变状态动力学和慢变状态动力学分别进行动态逆控制设计。设计中应用RBF神经网络来逼近系统中存在的不确定性,证明了闭环系统的所有信号均有界且指数收敛至系统原点的一个邻域。最后给出的BTT导弹非线性六自由度数字仿真结果验证了该算法的有效性。

双滑模变结构控制的BTT导弹自动驾驶仪设计研究

由于倾斜转弯控制技术的特点决定了BTT导弹的数学模型存在多种耦合因素,因此目前STT导弹广泛采用的忽略通道间耦合关系的三通道独立设计方案已远不能满足 BTT 导弹控制系统的设计要求。基于变结构控制理论,采用了一种新的 BTT 导弹自动驾驶仪的设计方法。该方法把俯仰和偏航两个耦合严重的通道联合建立状态方程,用自适应极点配置设计双滑动模态,降低了控制量的切换频率;用趋近律方法设计变结构控制,其控制量参数用自组织模糊进行调节,可有效削弱滑动模态的抖振。这种控制器简化了变结构控制,计算量小。

基于干扰估计的BTT导弹鲁棒方差姿态控制

针对存在非线性和不确定性的倾斜转弯(bank-to-turn,BTT)导弹姿态控制问题,提出基于干扰估计的鲁棒方差控制方法。将姿态运动中非线性项和不确定项作为总干扰,采用干扰观测器进行估计,并引入控制系统进行补偿。干扰观测器的观测误差作为BTT导弹姿态运动的干扰输入,为了保证控制系统具有良好的动态和稳态性能,采用鲁棒方差控制理论设计了线性反馈控制器,将闭环极点配置在特定圆盘区域,同时将状态变量的稳态方差保持在给定的范围内。仿真结果表明,所提出的鲁棒方差姿态控制器能够保证良好的控制效果,鲁棒性强。

基于自抗扰控制的BTT导弹自动驾驶仪设计

针对具有非线性、时变、强耦合和不确定性的Have Dash II BTT导弹控制系统,基于自抗扰控制理论,设计了一种新的BTT导弹鲁棒控制器。利用输入输出反馈线性化,将导弹控制系统分解成了3个单输入单输出的二阶子系统,输出变量的选取保证了系统是最小相位系统。采用自抗扰设计方法,估计并补偿系统中的不确定因素和三通道之间的耦合,以实现控制目的。仿真结果表明该BTT导弹驾驶仪具有良好的动态特性和强鲁棒性。

具有频域指标约束的BTT导弹自动驾驶仪二次型法设计

本文研究了线性二次型最优控制系统的加权阵与频域指标间的对应关系，基于回路成形理论给出了加权阵选择方法，并将其应用于ＢＴＴ导弹的自动驾驶仪设计。在建立了无静差控制模型的基础上，获得了满足预定频域指标的设计结果，并通过自动驾驶仪系统的非线性仿真验证了设计方法的有效性。

BTT导弹的协调式分散鲁棒H_∞控制器设计

BTT(倾斜转弯)导弹在飞行过程中常处于大迎角和快速滚动状态,这时通道间的运动学耦合为非线性形式且不能忽略。针对这一问题,提出了一种基于分散控制思想的协调式鲁棒H∞控制器设计方法。根据期望动态性能,为每个子系统设计高品质参考模型。引入协调支路有效消除通道间的主要耦合因素,并假设未补偿的耦合满足二次约束。基于鲁棒控制理论,在耦合项满足上述约束的前提下,设计控制器使得系统渐近稳定,同时从参考输入到跟踪误差传递函数的H∞范数最小。推导并得出了鲁棒控制器存在的充分条件,并将其归结为一个有限维线性矩阵不等式的优化问题。对BTT导弹的仿真结果表明了该控制方法的有效性。

多模型切换控制及其在BTT导弹设计中的应用

研究了一类可以抑制切换时刻输出跳跃的多模型切换控制器的设计问题。基于参数化特征结构配置结果及模型跟踪方法,设计了满足输出跟踪性能并使多模型系统中各闭环子系统渐近稳定的多模型切换控制律集合。充分利用参数化特征结构配置方法提供的全部自由度, 协调选取各子系统控制律中的参数来抑制切换时刻的输出跳跃。将本文提出的方法应用到某型倾斜转弯导弹自动驾驶仪设计中,仿真结果表明导弹的输出过载迅速准确跟踪制导指令,并且切换抖动得到有效抑制。

BTT导弹制导律研究综述

与STT导弹相比,BTT导弹在气动效率、机动能力、控制性能等方面具有明显优势,但其运动耦合特性也给传统研究框架下的制导律设计带来了挑战。本文针对BTT导弹制导律设计问题展开研究,首先描述了BTT导弹制导基本问题,分析了BTT导弹制导律设计的技术难点,需要综合考虑运动耦合、多约束、目标机动、弹体动态效应等因素,然后综述了国内外现代制导律设计的基本方法,将其分为双通道解耦法、球坐标法、现代几何法等,最后指出了BTT导弹制导律的进一步研究方向。

BTT 导弹的 H_∞/加权混合灵敏度自动驾驶仪设计方法

本文用Ｈ∞／加权混合灵敏度方法设计某型地对空ＢＴＴ导弹的鲁棒自动驾驶仪。结果表明：基于标准弹道上某特征点的一个确定数学模型设计的Ｈ∞／加权混合灵敏度自动驾驶仪，可控制ＢＴＴ导弹沿标准弹道的全弹道稳定、准确地飞行，且能适应目标在一定飞行空域内的变化。

基于二阶滑模的BTT导弹反演滑模控制

针对具有非匹配不确定性的倾斜转弯(bank-to-turn,BTT)导弹非线性动力学模型,基于反演思想和二阶终端滑模控制方法,设计了一种新的BTT导弹反演滑模控制器。反演设计的每一步均采用滑模控制对不确定性进行补偿,并在最后一步设计中采用非奇异二阶终端滑模控制,既能防止抖振对舵机造成损坏,又减小了累积误差。采用精确微分器解决"计算膨胀"问题,并证明了跟踪误差最终有界。仿真结果表明,通过适当选取设计参数,跟踪误差将收敛到原点附近任意小的邻域内。

基于变结构控制理论的BTT导弹自动驾驶仪的三通道独立设计

对于倾斜转弯（ＢＴＴ）导弹而言，现有的自动驾驶仅三通道独立设计方法都是在忽略通道间耦合关系前提下根据经典控制理论的单变量频域方法设计的。本文基于变结构自适应控制理论，提出一种新的ＢＴＴ导弹自动驾驶仪三通道独立设计方法。该方法不仅在其设计过程中保留了通道间的全部耦合因素，而且控制律完全基于被控对象参数变化的上下界，无需对系统进行在线参数辨识，从而提高了设计的准确性，增强了系统的适应性和鲁棒性。运用所提出的方法，本文设计了ＢＴＴ－９０导弹的自动驾驶仪，并在考虑了舵机系统，速率陀螺和加速度计等的各种非理想因素的情况下，得到了令人满意的仿真结果。

导弹动力学建模与BTT解耦控制

建立了导弹非线性动力学方程、线性化模型和X型舵机由4舵面到3舵面的转换模型,在纵向和横航向通道分别设计了基于模型跟踪的最优控制器,满足导弹的BTT控制的三轴解耦要求。设计结果进行了部分参数的非线性调参设计,控制器参数依据高度、法向过载指令nyc和滚转角指令φc进行实时调参,通过非线性仿真验证,满足侧滑角近似为零、快速跟踪滚转和法向过载指令要求(小于0.5秒),为进一步设计实现BTT控制打下了基础。

巡飞导弹BTT自动驾驶仪设计及仿真

对巡航飞行BTT导弹,采用侧向过载反馈的协调转弯方式进行自动驾驶仪设计。根据巡航飞行导弹的气动特点建立了BTT导弹的数学模型,并以某BTT导弹为例,分别设计了俯仰、偏航、滚转通道自动驾驶仪,对设计结果进行六自由度仿真。在仿真过程中,对各种耦合项进行检验,结果表明运动学耦合对BTT自动驾驶仪性能影响最为严重。