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基于对数型障碍Lyapunov函数的俯仰驾驶仪设计

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航空兵器 2024年第2期31卷 106-113页

作者：王伟杨婧林时尧王宏王少龙北京理工大学宇航学院北京100081 北京理工大学中国-阿联酋智能无人系统“一带一路”联合实验室北京100081 中国兵器科学研究院北京100089 西北工业集团有限公司西安710043

相控阵雷达制导拦截弹在拦截高速大机动目标时,弹体气动参数剧烈非线性变化影响控制系统对大攻角的响应效果,应设计考虑攻角指令跟踪误差约束的鲁棒自动驾驶仪控制律。基于双幂次趋近律和对数型障碍李雅普诺夫函数设计了鲁棒非线性自动... 详细信息

相控阵雷达制导拦截弹在拦截高速大机动目标时,弹体气动参数剧烈非线性变化影响控制系统对大攻角的响应效果,应设计考虑攻角指令跟踪误差约束的鲁棒自动驾驶仪控制律。基于双幂次趋近律和对数型障碍李雅普诺夫函数设计了鲁棒非线性自动驾驶仪控制律,可将攻角指令的跟踪误差快速收敛于约束范围内。通过降阶扩张状态观测器对系统中存在的气动参数不确定性和系统外部扰动进行在线估计和补偿。稳定性分析和数值仿真表明,攻角可在1 s内达到稳态且攻角响应的稳态误差<10-4°,所提出的自动驾驶仪控制律具有较强的鲁棒性,能够准确稳定地跟踪攻角指令,控制导弹产生所需过载进而精准拦截目标。

关键词：障碍李雅普诺夫函数双幂次趋近律鲁棒非线性自动驾驶仪扩张状态观测器

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俄乌冲突对陆战制导弹药发展的影响研究

战术导弹技术 2024年第1期 150-160页

作者：王伟张宏岩刘佳琪林时尧北京理工大学宇航学院北京100081 中国兵器科学研究院北京100089

为研究俄乌冲突对陆战制导弹药发展的影响,围绕俄乌冲突中典型战场环境下陆战制导弹药的应用,根据公开情报信息,通过马里乌波尔围城战、顿巴斯炮战和哈尔科夫战役、巴赫穆特战役四场战役,分析了陆战制导弹药在远程打击、巷战、游击等战... 详细信息

为研究俄乌冲突对陆战制导弹药发展的影响,围绕俄乌冲突中典型战场环境下陆战制导弹药的应用,根据公开情报信息,通过马里乌波尔围城战、顿巴斯炮战和哈尔科夫战役、巴赫穆特战役四场战役,分析了陆战制导弹药在远程打击、巷战、游击等战场环境下的作战应用,研究了包括陆基战术导弹、制导炮弹、多管火箭弹和反坦克弹药在内的各类现代陆战制导弹药的作战效用及特点。通过总结分析俄乌双方的陆战战场表现和各类陆战制导弹药应用效果,进一步提升从弹药作战指标、制导弹药参与信息化作战、作战效果与低成本兼顾等方面为陆战制导弹药的建设发展提出建议。

关键词：陆战制导弹药俄乌冲突陆基战术导弹制导炮弹多管火箭弹反坦克弹药协同作战信息对抗

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新型过载驾驶仪滚转弹制导系统稳定性研究

弹箭与制导学报 2024年第1期44卷 34-40页

作者：李涛付博王齐双段辰璐林时尧西安现代控制技术研究所陕西西安710065 中国兵器科学研究院北京100089

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... 详细信息

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。

关键词：平台图像导引头隔离度寄生回路过载驾驶仪锥形运动稳定性

基于多模型网络的激光末制导炮弹诸元解算方法

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兵工学报 2023年第9期44卷 2745-2755页

作者：刘畅雷红波林时尧范世鹏王江北京理工大学宇航学院北京100081 北京理工大学中国-阿联酋智能无人系统“一带一路”联合实验室北京100081 中国兵器科学研究院北京100089

针对射表解算激光末制导炮弹射击诸元存在较大的截断误差及无法快速精确解算的缺陷,提出一种基于多模型网络的射击诸元快速精确求解方法。建立制导炮弹6自由度弹道模型,分析初始条件中表尺、程装等对射程的影响。考虑气温、气压和风干... 详细信息

针对射表解算激光末制导炮弹射击诸元存在较大的截断误差及无法快速精确解算的缺陷,提出一种基于多模型网络的射击诸元快速精确求解方法。建立制导炮弹6自由度弹道模型,分析初始条件中表尺、程装等对射程的影响。考虑气温、气压和风干扰等因素对求解结果的影响,应用最小二乘法对气温、气压进行拟合,采取层权的方式求取精确弹道风,作为网络模型的部分输入。利用数学仿真手段批量化生成样本,对深度神经网络中的每个模型进行离线训练。对新方法进行数学仿真和飞行试验验证。仿真和试验结果表明,相对于传统的射表,新方法求解精度高,误差率小于0.2%。

关键词：激光末制导炮弹诸元解算多模型网络气象条件深度神经网络

考虑攻击时间及空间角度约束的三维自适应滑模协同制导律设计

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兵工学报 2023年第9期44卷 2778-2790页

作者：王雨辰王伟林时尧杨婧王少龙尹瞾北京理工大学宇航学院北京100081 北京理工大学中国-阿联酋智能无人系统“一带一路”联合实验室北京100081 中国兵器科学研究院北京100089 西北工业集团有限公司陕西西安710043

面向三维场景下的多导弹协同攻击机动目标问题,基于固定时间稳定理论和自适应滑模控制理论,设计考虑时间及空间约束的分布式协同制导律。在弹目视线方向上,基于固定时间一致性理论提出一种改进型自适应鲁棒协同制导律,驱动弹群以期望的... 详细信息

面向三维场景下的多导弹协同攻击机动目标问题,基于固定时间稳定理论和自适应滑模控制理论,设计考虑时间及空间约束的分布式协同制导律。在弹目视线方向上,基于固定时间一致性理论提出一种改进型自适应鲁棒协同制导律,驱动弹群以期望的攻击时刻协同拦截机动目标,并避免滑模固有的抖振问题;考虑视线法向的空间约束,基于固定时间非奇异终端滑模控制理论设计一种鲁棒自适应滑模制导律,在实现终端碰撞角约束的同时避免弹群间碰撞。通过Lyapunov稳定性理论证明闭环系统的固定时间稳定性。仿真结果表明:所设计三维协同制导律可以有效控制多发导弹在期望攻击时刻同时打击机动目标,并以期望的终端角度攻击目标。

关键词：分布式协同制导固定时间稳定理论时间及空间角度约束自适应滑模机动目标

考虑攻击时间及角度约束的三维自适应滑模协同制导律设计

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兵工学报 2023年

作者：王雨辰王伟林时尧杨婧王少龙尹瞾北京理工大学宇航学院西北工业集团有限公司中国兵器科学研究院北京理工大学中国-阿联酋智能无人系统“一带一路”联合实验室

面向三维场景下多导弹协同攻击机动目标问题，基于固定时间稳定理论和自适应滑模控制理论，设计了考虑时间及空间约束的分布式协同制导律。在弹目视线方向上，基于固定时间一致性理论提出一种改进型自适应鲁棒协同制导律，驱动弹群以期... 详细信息

面向三维场景下多导弹协同攻击机动目标问题，基于固定时间稳定理论和自适应滑模控制理论，设计了考虑时间及空间约束的分布式协同制导律。在弹目视线方向上，基于固定时间一致性理论提出一种改进型自适应鲁棒协同制导律，驱动弹群以期望的攻击时刻协同拦截机动目标，并避免滑模固有的抖振问题；考虑视线法向的空间约束，基于固定时间非奇异终端滑模控制理论设计了一种鲁棒自适应滑模制导律，在实现终端碰撞角约束的同时避免弹群间碰撞。通过Lyapunov稳定性理论证明了闭环系统的固定时间稳定性。仿真结果表明：所设计三维协同制导律可以有效控制多枚导弹在期望攻击时刻同时打击机动目标，并且以期望的终端角度攻击目标。

关键词：分布式协同制导固定时间稳定理论时间和空间角度约束自适应滑模机动目标

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无人机集群任务规划与协同系统架构

兵工学报 2023年第S2期44卷 191-198页

作者：刘大卫翟俊达魏蓝郭牧天林时尧黄品华王晓悦中国兵器科学研究院

针对无人机集群任务规划与协同控制面临的规模可扩展、任务多样化、指控互操作等新需求新挑战，界定了无人机集群任务规划与协同系统架构概念与内涵；从集群拓扑组织方式入手分析了集群任务规划与协同系统架构发展现状；在此基础上，提... 详细信息

针对无人机集群任务规划与协同控制面临的规模可扩展、任务多样化、指控互操作等新需求新挑战，界定了无人机集群任务规划与协同系统架构概念与内涵；从集群拓扑组织方式入手分析了集群任务规划与协同系统架构发展现状；在此基础上，提出了混合式无人机集群任务规划与协同系统架构设计方法，建立了分布式扁平化体系架构总体设计方法、自适应演化与自组织重构机制和事件驱动的协同触发机制。采用层次化设计思想，设计了系统底层控制层、高层控制层、协调层、通信层和人机交互层五层次结构。研究结果表明，相比于现有方法，提出的体系架构和设计方法充分考虑了单体间的组织方式、信息交互模式和互操作等集群间的基础性问题，为无人机集群任务规划与协同系统架构设计提供了理论支撑和设计参考。

关键词：无人机集群任务规划协同系统体系架构

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防空导弹制导与控制技术研究

防空导弹制导与控制技术研究

作者：林时尧北京理工大学

学位级别：硕士

精确制导弹药在战场中的出现是新军事变革的重要标志,精确毁伤目标对于震慑敌军、迅速取得战争的胜利发挥了极其重要的作用,在此背景下制导与控制系统是精确制导弹药精准命中目标的前提和保障。所以提高制导与控制系统性能实现更加精确... 详细信息

精确制导弹药在战场中的出现是新军事变革的重要标志,精确毁伤目标对于震慑敌军、迅速取得战争的胜利发挥了极其重要的作用,在此背景下制导与控制系统是精确制导弹药精准命中目标的前提和保障。所以提高制导与控制系统性能实现更加精确地打击机动目标是未来战争的发展趋势。本文以制导弹药对机动目标的精确拦截任务为背景,以反步设计方法与自抗扰控制理论为基础,对制导弹药的自动驾驶仪、制导律以及制导控制一体化技术进行了研究与设计,在增强系统鲁棒性的同时提高系统响应时间,配合严格Lyapunov函数和数学仿真验证所设计算法的稳定性与实用性。研究了经典自动驾驶仪结构,提出了一种基于遗传算法的经典三回路自动驾驶仪控制参数优化方法,通过仿真对比,验证了优化参数比解析设计方法具有更强的鲁棒性。研究了考虑自动驾驶仪动态特性和输入饱和约束制导律的设计问题。针对自动驾驶仪动力学滞后问题,将自动驾驶仪视为二阶滞后环节建立了考虑自动驾驶仪动态特性的制导系统数学模型。针对系统输入饱和问题,设计了辅助的平滑方程补偿输入饱和的影响。引入扩张状态观测器对目标加速度做在线估计与补偿。采用动态面控制设计方法以及指令滤波反步法设计了三维空间非线性制导律,通过数学仿真验证了制导律的实用性与鲁棒性。研究了制导控制一体化控制器的设计问题。建立了考虑气动力和气动力矩系数不确定性、转动惯量不确定性、三通道间耦合作用和目标机动等多种误差与干扰的三维空间制导控制一体化模型。引入自抗扰技术的降阶扩张状态观测器对系统内外存在的多种误差与干扰进行估计与补偿。引入最速微分器对虚拟控制量进行跟踪微分计算且有效避免了采用反步法设计制导控制一体化系统时所存在的“微分膨胀”问题,采用反步法设计了三维空间鲁棒制导控制一体化控制器。构造Lyapunov函数证明其稳定性以及通过数学仿真表明该控制器具有强鲁棒性。

关键词：精确制导弹药自动驾驶仪制导律自抗扰控制动态面控制动力学滞后输入饱和制导控制一体化反步法

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考虑驾驶仪动态性能的指令滤波反演制导律

航空学报 2020年第12期41卷 327-336页

作者：刘佳琪王伟林德福林时尧北京理工大学宇航学院北京100081 无人机自主控制技术北京重点实验室北京100081

针对攻击机动目标的制导问题,设计了一种考虑自动驾驶仪性能、输入项约束的指令滤波反演制导律。首先,基于三维空间内弹目相对运动模型,采用反演递推方式设计制导律。针对传统反演控制存在的"微分膨胀"问题,引入指令滤波器对虚拟量进行... 详细信息

针对攻击机动目标的制导问题,设计了一种考虑自动驾驶仪性能、输入项约束的指令滤波反演制导律。首先,基于三维空间内弹目相对运动模型,采用反演递推方式设计制导律。针对传统反演控制存在的"微分膨胀"问题,引入指令滤波器对虚拟量进行过滤计算。考虑硬件计算能力的约束,引入自动驾驶仪二阶动力学模型减少控制过程延迟,并利用饱和函数和低通滤波器对输入项进行约束。此外,针对机动目标设计了一种扩张状态观测器来获取其加速度。通过Lyapunov理论证明了所设计闭环制导系统的稳定性。通过仿真实验验证了该制导律相有效性及优越性。

关键词：三维空间指令滤波反演微分膨胀自动驾驶仪输入饱和扩张状态观测器