Adaptive Dynamic Surface Control for Integrated Missile Guidance and Autopilot

Integrated guidance and control for homing missiles utilizing adaptive dynamic surface control approach is considered based on the three channels independence design idea. A time-varying integrated guidance and control model with unmatched uncertainties is first formulated for the pitch channel, and an adaptive dynamic surface control algorithm is further developed to deal with these unmatched uncertainties. It is proved that the proposed feedback controller can ensure not only the accuracy of target interception, but also the stability of the missile dynamics. Then, the same control approach is further applied to the control design of the yaw and roll channels. The 6-degree-of-freedom （6-DOF） nonlinear missile simulation results demonstrate the feasibility and advantage of the proposed integrated guidance and control design scheme.

Interval Type-2 Fuzzy Hierarchical Adaptive Cruise Following-Control for Intelligent Vehicles

Intelligent vehicles can effectively improve traffic congestion and road traffic safety.Adaptive cruise followingcontrol(ACFC)is a vital part of intelligent vehicles.In this paper,a new hierarchical vehicle-following control strategy is presented by synthesizing the variable time headway model,type-2 fuzzy control,feedforward+fuzzy proportion integration(PI)feedback(F+FPIF)control,and inverse longitudinal dynamics model of vehicles.Firstly,a traditional variable time headway model is improved considering the acceleration of the lead car.Secondly,an interval type-2 fuzzy logic controller(IT2 FLC)is designed for the upper structure of the ACFC system to simulate the driver's operating habits.To reduce the nonlinear influence and improve the tracking accuracy for the desired acceleration,the control strategy of F+FPIF is given for the lower control structure.Thirdly,the lower control method proposed in this paper is compared with the fuzzy PI control and the traditional method(no lower controller for tracking desired acceleration)separately.Meanwhile,the proportion integration differentiation(PID),linear quadratic regulator(LQR),subsection function control(SFC)and type-1 fuzzy logic control(T1 FLC)are respectively compared with the IT2 FLC in control performance under different scenes.Finally,the simulation results show the effectiveness of IT2 FLC for the upper structure and F+FPIF control for the lower structure.

Adaptive block dynamic surface control for integrated missile guidance and autopilot

A novel integrated guidance and autopilot design method is proposed for homing missiles based on the adaptive block dynamic surface control approach. The fully integrated guidance and autopilot model is established by combining the nonlinear missile dynamics with the nonlinear dynamics describing the pursuit situation of a missile and a target in the three-dimensional space. The integrated guidance and autopilot design problem is further converted to a state regulation problem of a time-varying nonlinear system with matched and unmatched uncertainties. A new and simple adaptive block dynamic surface control algorithm is proposed to address such a state regulation problem. The stability of the closed-loop system is proven based on the Lyapunov theory. The six degrees of freedom （6DOF） nonlinear numerical simulation results show that the proposed integrated guidance and autopilot algorithm can ensure the accuracy of target interception and the robust stability of the closed-loop system with respect to the uncertainties in the missile dynamics.

基于滑模方法的自适应一体化导引与控制律设计

研究了寻的导弹的导引控制一体化设计问题。建立了俯仰通道的一体化导引与控制系统模型,并利用非线性状态变换将模型转化为标准形式;为处理系统中存在的非匹配未知有界不确定性,采用滑模控制方法设计了自适应的非线性一体化导引与控制律,该反馈控制律不但可以保证导弹精确命中目标,而且能保证导弹自身姿态的稳定性。导弹的六自由度非线性数值仿真结果验证了所提的导引控制一体化设计策略的正确性和可行性。

整体式液体冲压发动机导弹一体化设计

整体式冲压发动机导弹一体化设计,是把导弹与整体式液体冲压发动机作为一个系统,以系统性能最佳为目标,同时优选导弹和发动机的参数,文中以中程超音速飞航导弹为算例,针对整体式冲压发动机的特点,研究了导弹/整体式冲压发动机的一体化设计问题。对总体参数和发动机设计参数在中、低空巡航两种情况下进行优选,使导弹的射程达到了最佳,并分析、探讨了为适应不同巡航高度要求,选择导弹和发动机参数的有关问题。

飞航导弹高精度自适应预测控制设计

飞航导弹的飞行主要是通过姿态稳定与调节来实现的。通过以小扰动模型为基础的导弹动力学特性分析,建立了导弹姿态控制回路的串级控制结构,并且以离散模型作为基于递推最小二乘法的自适应预测控制的被控对象,把原先响应较慢的质心控制转换为反应较快而且精度高的弹道角控制。根据导弹的特性,在姿态内回路采用广义预测控制,在弹道外回路采用一种积分形式的预测控制。在参考信号上,实现了质心指令到弹道指令的有效变换,为高精度小超调跟踪奠定了基础。这种方法实现了姿态参考信号与导引指令的统一,姿态控制与质心控制的统一,充分降低了对气动等数据的精度要求,参数选择简单。数值仿真结果说明了这种方法的有效性;提出了进一步的研究方向。

基于自适应滑模控制的导弹制导与控制一体化反演设计

为使导弹在末制导阶段具有更小的脱靶量和更快的响应时间,研究了导弹俯仰通道的制导与控制一体化设计问题。建立了一种较为合适的一体化模型,并将其化为了具有一般形式的含不确定量的级联系统。运用反演设计方法保证了系统全部状态的稳定性,然后,为消除不确定量和外部扰动,设计了一体化自适应滑模控制器。仿真结果表明,该一体化设计方法能有效地提高导弹的制导性能。

新型非壅塞式固体火箭冲压发动机试验研究

建立了一种新型非壅塞燃气发生器固体火箭冲压发动机系统。一系列直连式实验证实，验证的镁铝中能贫氧推进剂在低压（≥０．５ＭＰａ）范围内可以稳定燃烧，燃气发生器的工作压强可以随冲压补燃室压强的改变而变化，因此贫氧推进剂燃速随之进行自适应调节，最终达到富燃烧气流量自主调节的目的。

飞航导弹双平面纵向综合制导技术

根据飞航导弹对面攻击的需要,针对可以获取的信息,设计了视线角信息框架下的双平面导引规律,以实现指定入射角的攻击,并从理论上进行了分析。以此为基础,考虑到弹体和控制回路的特性,完成了一种便于工程实施的综合制导律,改善了制导性能。通过充分利用飞航导弹中制导阶段的弹道特性,解决了计算弹道倾角时光滑低延迟垂速获取的难题。数学仿真结果显示了所设计方法的有效性。

基于冲压发动机技术的远程战术导弹制导与控制发展综述

针对以冲压发动机为动力的远程战术导弹,描述了其飞行过程与特点。从制导律设计和控制律设计两个方面,综述了国内外相关技术的设计方法,论述了弹道优化技术、制导控制一体化、针对目标机动的制导律、BTT控制与速度控制技术的研究现状,探讨了冲压发动机导弹在制导控制方面的发展方向。

整体式固冲发动机转级控制模块设计

为保证固冲发动机的正常工作,必须进行准确的转级过程控制。基于DSP和CPLD双元控制的转级控制模块能安全可靠地实现转级控制,完成转级过程数据记录,具有灵活配置转级控制参数,结构紧凑,使用方便的特点。

推力调节飞行距离最优自适应滑模控制

为了准确控制巡航导弹在指定时间到达指定位置,提出了一种基于飞行距离和地速反馈的推力调节最优自适应滑模控制方法。基于包含发动机推力动态特性的巡航状态附近小扰动方程,采用反馈线性化方法设计指数趋近滑模变结构控制律和状态反馈系数自适应律,构造李雅普诺夫函数,证明了自适应滑模控制系统的稳定性;根据控制律和滑模函数推导出飞行距离跟踪误差传递方程,并用线性二次型调节器最优控制方法设计跟踪误差动态特性。对某型巡航导弹进行仿真,结果表明,在外界阵风干扰和空气动力系数摄动情况下,该控制方法能精确地跟踪以时间为自变量的参考地速和飞行距离信号,具有较好的抑制系统参数摄动和抗干扰能力。

冲压发动机导弹协调控制与总体设计一体化研究

分析了冲压发动机导弹设计过程中遇到的两个主要问题，通过分析原因确定了解决思路。最后，经过一体化设计，采用BTT＋STT的协调控制，将攻角限幅融入协调控制过程中，并采取剩余飞行时间门限强制进行协调控制。这样不仅解决了导弹飞行过程中的稳定与控制问题。确保冲压发动机正常工作，并解决了导弹飞行末端的快速性和机动性要求，可以使导弹获得最佳的总体性能。

整体式冲压超音速飞航导弹的自适应控制

采用导弹总体、气动、动力、控制和弹道一体化设计方法，研究了超音速整体式冲压发动机飞航导弹的控制问题。引入了自适应控制规律，利用该规律，可全面满足发射高度在大范围内变化时的所有战术技术要求．

基于积分滑模的自适应固定时间协同制导律

针对空空导弹协同攻击高速机动目标问题,提出一种带有攻击时间一致的多弹协同制导律。首先,在纵向平面内建立各导弹与目标交战几何模型,分析视线径向、法向制导律和速度法向加速度之间关系。然后,设计固定时间协同控制律,并利用自适应律和积分滑模算法在视线方向动力学方程基础上建立攻击时间约束的鲁棒协同制导律,保证多枚导弹同时击中机动目标。通过数值仿真可得,协同时间与脱靶量差异分别为0.001 s和0.01 m,最终结果验证了固定时间协同制导律的有效性与合理性。

智能电动汽车自适应巡航与再生制动多目标协同控制

为提升智能电动汽车安全性、舒适性和经济性等多种性能,本文中提出一种智能电动汽车自适应巡航与再生制动协同控制的方法。首先,建立了可描述智能电动汽车纵向行驶动力学行为特征的非线性耦合模型,该模型由整车模型、动力电池、电机、单速变速器和液压制动系统组成。然后,针对智能电动汽车非线性耦合和参数不确定性等特征,设计了自适应模糊滑模上层控制器,实时求解出自适应巡航过程中智能电动汽车的期望加速度,采用模糊理论逼近滑模控制切换项,以降低抖振。最后,设计了智能电动汽车驱动/制动控制律,提出了一种再生制动控制策略,有效协调再生制动系统与液压制动系统,使智能电动汽车制动能量回收最大化。试验结果表明:所提出的自适应巡航与再生制动协同控制方法在确保智能电动汽车安全性、舒适性的同时,有效提升了制动能量回收效率。

基于自适应神经网络的导弹制导与控制一体化反演设计

为使导弹具有更小的脱靶量和更快的响应时间,研究了导弹俯仰通道的制导与控制一体化设计问题。由于导弹和目标的相对运动方程以及导弹自身运动方程通常是在不同的坐标系下建立的,因此,制导与控制的一体化模型很难建立。此外,在导弹飞行过程中,很难获得全弹道的精确导弹气动参数,这使得控制器的设计也很困难。本文首先建立了一种较为合适的、紧凑的一体化模型,并进一步将其化为具有一般形式的含不确定量的级联系统。采用反演控制设计方法,保证了系统全部状态的稳定性。然后,设计了一体化自适应神经网络控制器,神经网络用来在线逼近系统中由于导弹气动参数摄动引起的匹配和非匹配不确定量。仿真结果表明了这种导弹制导与控制一体化设计方案的有效性。

Three-dimensional guidance law based on adaptive integral sliding mode control

For the terminal guidance problem of missiles intercepting maneuvering targets in the three-dimensional space, the design of guidance laws for non-decoupling three-dimensional engage- ment geometry is studied. Firstly, by introducing a finite time integral sliding mode manifold, a novel guidance law based on the integral sliding mode control is presented with the target acceler- ation as a known bounded external disturbance. Then, an improved adaptive guidance law based on the integral sliding mode control without the information of the upper bound on the target accel- eration is developed, where the upper bound of the target acceleration is estimated online by a designed adaptive law. The both presented guidance laws can make sure that the elevation angular rate of the line-of-sight and the azimuth angular rate of the line-of-sight converge to zero in finite time. In the end, the results of the guidance performance for the proposed guidance laws are pre- sented by numerical simulations. Although the designed guidance laws are developed for the con- stant speed missiles, the simulation results for the time-varying speed missiles are also shown to further confirm the designed guidance laws.

超声速巡航导弹速度控制系统设计

为解决超声速巡航导弹速度控制系统存在的参数时变、不确定干扰问题,设计了一种反演鲁棒控制律。在巡航导弹的动力学模型中考虑固体冲压发动机的工作特性,分析并建立了超声速巡航导弹速度控制系统数学模型;采用反演算法推导了虚拟期望推力值,并基于Lyapunov理论设计了具有鲁棒性能的速度控制律。以某超声速巡航导弹为例,设计反演鲁棒控制律,并与传统PID控制进行对比分析,仿真结果表明,速度控制系统能够快速、准确地跟踪速度指令且具有较强的鲁棒性。

巡飞弹终端自适应滑模控制系统研究

为了实现巡飞弹稳定飞行,提出了利用终端自适应滑模控制方式,将巡飞弹法向过载作为控制对象进行反馈控制;推导出控制器即舵偏角表达式,计算控制参数,使系统保持稳定,进行系统仿真,在存在扰动的情况下,检测系统的抗干扰能力;结果表明:终端自适应滑模控制系统可有效快速跟踪巡飞弹法向过载,具有很好的鲁棒性;为巡飞弹飞行控制系统研究提供依据和参考。