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导弹级间分离干扰动力学仿真研究

应用力学学报 2014年第3期31卷 364-369,488页

作者：沙建科徐敏施雨阳西北工业大学航天学院西安710072

对于采用一级、二级级间冷分离方案的某型导弹,在描述级间分离过程的基础上建立了分离运动学和动力学数学模型,指出了分离仿真时必须考虑风干扰、推力偏心偏斜等干扰因素,采用Monte Carlo方法对各种分离干扰因素进行了分离仿真试验。仿... 详细信息

对于采用一级、二级级间冷分离方案的某型导弹,在描述级间分离过程的基础上建立了分离运动学和动力学数学模型,指出了分离仿真时必须考虑风干扰、推力偏心偏斜等干扰因素,采用Monte Carlo方法对各种分离干扰因素进行了分离仿真试验。仿真结果表明,在干扰因素作用下两级导弹可安全分离,所提出的分析方法对导弹一级、二级分离仿真及干扰因素分析具有一定参考价值。

关键词：导弹级间分离冷分离分离干扰蒙特卡罗

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冲压发动机导弹弹道多目标优化

系统仿真学报 2009年第9期21卷 2764-2766页

作者：刘恒军沙建科王华北京航空航天大学自动化学院北京100083 航天科工集团二院二部北京100854

冲压发动机导弹弹道设计优化与固体火箭发动机导弹弹道优化不同,主要体现在其弹道与冲压发动机推力的强藕合性上。多目标遗传算法是多目标优化的强有力工具,它可以有效的找到Pareto前端,设计人员可以从中选择满意的最佳方案。建立了带... 详细信息

冲压发动机导弹弹道设计优化与固体火箭发动机导弹弹道优化不同,主要体现在其弹道与冲压发动机推力的强藕合性上。多目标遗传算法是多目标优化的强有力工具,它可以有效的找到Pareto前端,设计人员可以从中选择满意的最佳方案。建立了带冲压发动机导弹优化需要的数学模型,并采用改进的非劣分类遗传算法(Nondominated Sorting Genetic Algorithm II,NSGA-II)对冲压发动机导弹弹道进行多目标优化,结果表明弹道与冲压发动机推力进行一体化优化可以显著的提高弹道性能。

关键词：冲压发动机弹道优化多目标优化遗传算法

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滚转导弹喷流直接力与气动力复合控制研究

滚转导弹喷流直接力与气动力复合控制研究

作者：沙建科西北工业大学

学位级别：硕士

海湾战争以来，愈来愈多的国家日益重视新一代防空导弹特别是具有反战术弹道导弹能力的防空导弹的研制。为了有效的拦截并杀伤来袭的TBM弹头，许多国家都纷纷采用各种先进技术和方法来提高反导拦截精度，以便在空中就彻底摧毁TBM弹头。... 详细信息

海湾战争以来，愈来愈多的国家日益重视新一代防空导弹特别是具有反战术弹道导弹能力的防空导弹的研制。为了有效的拦截并杀伤来袭的TBM弹头，许多国家都纷纷采用各种先进技术和方法来提高反导拦截精度，以便在空中就彻底摧毁TBM弹头。目前对付来袭TBM弹头最有效的手段就是采用直接碰撞动能杀伤技术。它是通过在导弹上安装响应快速的双组元轨、姿控发动机以实现对导弹的精确控制。本文跟踪国外研究，以“爱国者—3”导弹外形尺寸为参考建立了具有姿态控制系统的滚转导弹模型。并以此模型来研究其气动力与姿态直接力的复合控制规律。研究内容及工作主要表现在以下几个方面： 1．首先以“爱国者—3”的外形尺寸为参考建立本文的研究工作所需的导弹模型。建立了滚转导弹运动学和动力学模型，以及姿控发动机的推力模型。 2．考虑到滚转导弹与非滚转导弹的不同，本文仔细分析了滚转导弹控制力的产生机理和滚转导弹的控制原理。并利用Matlab仿真分析给出控制信号的形成过程，以及线性化信号的幅值和频率对等效控制力的影响。 3．从滚转导弹的均态数学模型出发，推导了滚转导弹的弹体传递函数。分析了滚转导弹的稳定性条件。通过对滚转导弹纵向和侧向运动耦合的分析，揭示了产生交连运动的各种因素以及其各自产生的交连角，并给出了交连角的计算方法。 4．设计了滚转导弹气动力与姿控直接力的复合控制系统。复合控制系统采用对控制指令进行前向分解的方法，将复合控制系统分为两个并行的子系统，即气动力控制子系统和姿控直接力控制子系统。采用现代控制理论来设计气动力和姿控直接力子系统。仿真结果显示，复合控制系统的可用过载和动态性能都有明显提高。 5．在以上内容的基础上，建立了滚转导弹末制导有关的六自由度数学模型和仿真模型，对不同初始条件下对拦截飞机和战术导弹进行了数值仿真。结果表明，所设计的复合控制系统较纯气动力控制系统性能有所提高，能够拦截中等载入速的战术弹道导弹。

关键词：滚转导弹复合控制拦截弹仿真

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基于快速终端滑模的吸气式导弹级间分离控制

推进技术 2017年第7期38卷 1625-1633页

作者：沙建科王泽祥施雨阳四川航天系统工程研究所四川成都610100

针对吸气式导弹级间分离控制存在模型参数突变和强分离干扰等不确定性问题,提出了一种快速非奇异终端滑模变结构控制方案。采用动态逆方法将分离控制数学模型输入/输出线性化,然后对线性化模型设计了快速非奇异终端滑模控制器,并采用蚁... 详细信息

针对吸气式导弹级间分离控制存在模型参数突变和强分离干扰等不确定性问题,提出了一种快速非奇异终端滑模变结构控制方案。采用动态逆方法将分离控制数学模型输入/输出线性化,然后对线性化模型设计了快速非奇异终端滑模控制器,并采用蚁群优化算法对控制器参数进行优化。对正常分离条件和异常分离条件下控制器的性能进行了仿真验证,结果表明二级导弹姿态角和角速度分别在0.5s,1s内收敛至期望状态,同时舵面无抖振现象。

关键词：吸气式导弹级间分离控制动态逆终端滑模鲁棒性

考虑冲压发动机工作边界的导弹大过载机动反演控制

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推进技术 2022年第5期43卷 292-301页

作者：沙建科施雨阳王伟彭雪峰四川航天系统工程研究所四川成都610100 西安交通大学航天航空学院陕西西安710049 江南机电设计研究所贵州贵阳550009 上海航天机电工程研究所上海201109

针对冲压发动机导弹大过载机动控制问题,设计了基于干扰观测器的反演控制器。根据导弹纵向运动方程建立了过载控制和马赫数控制模型,将模型存在的不确定性和扰动视为总干扰,采用扩张状态观测器进行精确估计,然后设计了过载回路和马赫数... 详细信息

针对冲压发动机导弹大过载机动控制问题,设计了基于干扰观测器的反演控制器。根据导弹纵向运动方程建立了过载控制和马赫数控制模型,将模型存在的不确定性和扰动视为总干扰,采用扩张状态观测器进行精确估计,然后设计了过载回路和马赫数回路的反演控制器,为避免对控制器中的虚控制量多次求导导致“微分膨胀”,采用反正切跟踪微分器对其进行精确估计,最后采用Lyapunov方法对控制器的稳定性进行了证明。仿真结果表明,所设计的控制器能够快速稳定地跟踪指令信号,且过载通道和马赫数通道之间耦合较小,充分验证了所设计控制器的有效性。

关键词：导弹冲压发动机反演控制扰动观测器大过载机动跟踪微分器

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基于随机鲁棒动态逆的防空导弹姿态控制设计

计算机仿真 2016年第1期33卷 95-99页

作者：沙建科徐敏西北工业大学航天学院陕西西安710072

在防空导弹姿态控制的优化中,针对具有匹配不确定性的远程防空导弹倾斜转弯非线性姿态控制问题,为提高系统性能,提出一种具有工程实用价值的随机鲁棒动态逆控制方法。在对导弹非线性控制模型进行精确线性化的基础上设计了动态逆控制器,... 详细信息

在防空导弹姿态控制的优化中,针对具有匹配不确定性的远程防空导弹倾斜转弯非线性姿态控制问题,为提高系统性能,提出一种具有工程实用价值的随机鲁棒动态逆控制方法。在对导弹非线性控制模型进行精确线性化的基础上设计了动态逆控制器,综合权衡系统鲁棒稳定性和鲁棒性能指标设计要求,建立了面向工程设计的随机鲁棒代价函数,采用蚁群优化算法对控制参数进行优化。结果表明所设计的控制器在模型参数摄动时仍具有较强的鲁棒性。上述方法可为防空导弹姿态控制设计提供科学依据。

关键词：随机鲁棒动态逆精确线性化匹配不确定性

基于混沌多项式的火箭弹射击落点散布分析方法

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飞行力学 2019年第2期37卷 61-65,71页

作者：王昂沙建科施雨阳四川航天系统工程研究所战术武器总体室四川成都610100

针对传统的基于统计学的火箭弹射击落点分析方法需要生成大量随机样本用于弹道求解,存在计算量大、耗时长的问题,提出了一种基于混沌多项式理论的火箭弹射击散布特性分析方法。该方法基于火箭弹不确定性弹道动力学模型,采用混沌多项式... 详细信息

针对传统的基于统计学的火箭弹射击落点分析方法需要生成大量随机样本用于弹道求解,存在计算量大、耗时长的问题,提出了一种基于混沌多项式理论的火箭弹射击散布特性分析方法。该方法基于火箭弹不确定性弹道动力学模型,采用混沌多项式理论将射击散布分析问题直接转化为确定性多项式系数求解问题,然后采用非嵌入式数值积分方法来确定多项式系数。该方法仅需要在数值积分点上求解弹道方程,从而极大地提高了计算效率。仿真结果表明,所提出的方法在同等精度要求下比蒙特卡洛分析方法具有更高的计算效率,具有很强的工程实用价值。

关键词：火箭弹散布特性混沌多项式数值积分

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基于蒙特卡洛模拟的导弹级间分离干扰仿真

科学技术与工程 2014年第23期22卷 306-310页

作者：沙建科徐敏施雨阳西北工业大学航天学院西安710072

级间分离的稳定性、可靠性关系到主级导弹的稳定飞行,采用蒙特卡洛方法对干扰作用下的导弹级间分离进行模拟仿真。首先分析影响级间分离过程的各种随机干扰因素,在此基础上建立了包含随机干扰因素的分离动力学数学模型,然后利用蒙特卡... 详细信息

级间分离的稳定性、可靠性关系到主级导弹的稳定飞行,采用蒙特卡洛方法对干扰作用下的导弹级间分离进行模拟仿真。首先分析影响级间分离过程的各种随机干扰因素,在此基础上建立了包含随机干扰因素的分离动力学数学模型,然后利用蒙特卡洛方法和随机干扰参数对分离过程进行仿真。仿真结果表明,各种干扰作用下助推级和主级可安全分离。蒙特卡洛方法可快速对级间分离潜在风险以及失败概率进行预测,同时也能定量评估各项干扰因素对分离的影响程度。

关键词：级间分离蒙特卡洛方法可靠性仿真

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基于自抗扰的冲压发动机导弹大过载机动控制

兵器装备工程学报 2021年第7期42卷 13-18页

作者：施雨阳彭雪峰曲利峰沙建科四川航天系统工程研究所成都610100 上海航天机电工程研究所上海201109 陆军装备部驻成都地区第三军代室成都610000

采用自抗扰控制方法设计了过载和马赫数控制律。根据导弹纵向运动方程,采用精确线性化方法建立了导弹过载控制和马赫数控制模型,将模型不确定性和外界扰动视为总干扰,并建立扩张状态观测器对其进行精确估计,然后设计了基于状态误差和干... 详细信息

采用自抗扰控制方法设计了过载和马赫数控制律。根据导弹纵向运动方程,采用精确线性化方法建立了导弹过载控制和马赫数控制模型,将模型不确定性和外界扰动视为总干扰,并建立扩张状态观测器对其进行精确估计,然后设计了基于状态误差和干扰补偿的过载和马赫数非线性反馈控制律。仿真结果表明所设计的控制器能够快速稳定跟踪大过载机动控制指令,在机动过程中能充分发挥冲压发动机推力性能,使导弹能尽可能准确的跟踪马赫数指令;此外过载通道和马赫数通道之间耦合较小,充分验证了所设计控制器的有效性。

关键词：冲压发动机导弹自抗扰控制扰动观测器大过载机动非线性控制