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新型扩张状态观测器及其噪声抑制的特性分析

中国惯性技术学报 2020年第2期28卷 256-264页

作者：熊少锋司玉洁熊华北京电子工程总体研究所北京100854

为了提升对快变干扰的估计性能,把输出估计误差的非线性项和切换项作为反馈设计一种新型非线性扩张状态观测器.在对干扰具有相同的估计性能下,新型非线性扩张状态观测器的增益相对较小,因而该新型非线性扩张状态观测器比传统扩张状态观... 详细信息

为了提升对快变干扰的估计性能,把输出估计误差的非线性项和切换项作为反馈设计一种新型非线性扩张状态观测器.在对干扰具有相同的估计性能下,新型非线性扩张状态观测器的增益相对较小,因而该新型非线性扩张状态观测器比传统扩张状态观测器拥有更好的噪声抑制性能。仿真结果表明新型扩张状态观测器对干扰的估计误差是传统方法的1/4。

关键词：新型非线性扩张状态观测器时变干扰传感器噪声抑制白噪声

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带攻击角度约束的非奇异快速终端滑模制导律

控制理论与应用 2014年第3期31卷 269-278页

作者：熊少锋王卫红王森北京航空航天大学自动化科学与电气工程学院北京100191 北京航空航天大学飞行器控制一体化技术重点实验室北京100191

本文利用先进的终端滑模控制和李雅普诺夫稳定性理论设计了一种非奇异、本质上连续和有限时间收敛的带攻击角度约束的制导律,它可用于打击固定、匀速运动和机动目标.为了在有限时间内高精度地获得给定的攻击角度并不出现奇异问题,非奇... 详细信息

本文利用先进的终端滑模控制和李雅普诺夫稳定性理论设计了一种非奇异、本质上连续和有限时间收敛的带攻击角度约束的制导律,它可用于打击固定、匀速运动和机动目标.为了在有限时间内高精度地获得给定的攻击角度并不出现奇异问题,非奇异快速终端滑模函数被用于设计滑模面.快速终端滑模函数被用于设计趋近律,在整个到达阶段系统轨迹可以从任意初始状态快速地收敛到滑模面并形成本质上连续的制导律.由于非奇异、本质上连续和全局快速收敛的特性,和传统的终端滑模制导律相比,本文方法可以在更短时间内以更高精度的攻击角度对目标实施打击.大量的仿真算例表明了本文制导律的有效性.

关键词：非线性制导律攻击角度约束有限时间收敛终端滑模控制非奇异

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拦截大机动目标的三维制导控制一体化设计

宇航学报 2017年第7期38卷 714-722页

作者：赖超王卫红熊少锋北京航空航天大学自动化科学与电气工程学院北京100191 中国航天科工二院总体设计部北京100854

针对大机动目标拦截过程中目标加速度未知的问题,提出一种结合有限时间收敛扩张状态观测器与自适应动态面控制的复合三维制导控制一体化设计方法。首先,建立基于弹目视线坐标系下的三维全耦合六自由度侧滑转弯导弹的制导控制一体化模型... 详细信息

针对大机动目标拦截过程中目标加速度未知的问题,提出一种结合有限时间收敛扩张状态观测器与自适应动态面控制的复合三维制导控制一体化设计方法。首先,建立基于弹目视线坐标系下的三维全耦合六自由度侧滑转弯导弹的制导控制一体化模型,减少了假设条件;采用动态面方法,避免传统反步法设计中的"计算膨胀"问题,引入有限时间收敛的扩张状态观测器来在线估计并补偿包括目标加速度在内的不确定性,同时结合自适应鲁棒控制策略,对新型扩张状态观测器的观测误差进行补偿,有效地提高了对大机动目标的拦截精度。基于李雅普诺夫稳定性理论证明了闭环系统的稳定性。导弹六自由度全状态模型的拦截仿真证明了设计方案的有效性。

关键词：制导控制一体化(IGC) 不确定性动态面自适应控制扩张状态观测器

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带有攻击角约束的无抖振滑模制导律设计

北京航空航天大学学报 2016年第4期42卷 669-676页

作者：周卫东陈沿逵熊少锋哈尔滨工程大学自动化学院哈尔滨150001 北京航空航天大学自动化科学与电气工程学院北京100083 北京航空航天大学飞行器控制一体化技术重点实验室北京100083

考虑到自动驾驶仪的动态延迟问题和攻击角度约束问题,根据寻的导弹拦截逃逸机动目标设计了一种新的无抖振的滑模制导律。首先,对视线角进行三次微分可得到制导系统的状态方程;其次,根据制导系统状态方程设计滑模算法,通过选取满阶终端滑... 详细信息

考虑到自动驾驶仪的动态延迟问题和攻击角度约束问题,根据寻的导弹拦截逃逸机动目标设计了一种新的无抖振的滑模制导律。首先,对视线角进行三次微分可得到制导系统的状态方程;其次,根据制导系统状态方程设计滑模算法,通过选取满阶终端滑模(TSM)滑动流形避免了TSM的奇异问题,在控制输入的导数项中引入切换函数项进行扰动补偿,有效消除了控制器中的抖振现象;最后,将提出的控制算法应用到制导律的设计中,保证了视线角在有限时间内收敛到期望值。通过与现存的有限时间制导律对比,本文设计的制导律不仅能够补偿自动驾驶仪的动态延迟而且能够有效消除控制器中的抖振现象。数字仿真验证了所提出的控制算法在制导律设计中的有效性。

关键词：制导律终端滑模无抖振自动驾驶仪延迟攻击角度约束

自回归滑动平均建模中观测噪声方差估计的新方法

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控制理论与应用 2013年第2期30卷 178-185页

作者：熊少锋王可东姜锐高悦北京航空航天大学宇航学院北京100191 工业和信息化部电信规划研究院北京100191

目前的自回归滑动平均(ARMA)建模方法由于只利用了观测数据的高阶自协方差构建Yule-Walker方程,而没有利用观测数据的低阶自协方差信息,导致观测噪声方差的估计精度不高,并且在自回归(AR)阶次p小于或等于滑动平均(MA)阶次q时无法估计出... 详细信息

目前的自回归滑动平均(ARMA)建模方法由于只利用了观测数据的高阶自协方差构建Yule-Walker方程,而没有利用观测数据的低阶自协方差信息,导致观测噪声方差的估计精度不高,并且在自回归(AR)阶次p小于或等于滑动平均(MA)阶次q时无法估计出观测噪声方差.为此,本文提出了一种单独估计观测噪声方差的新方法,即先将ARMA模型近似为一高阶AR模型,再构建从观测数据1阶自协方差开始的Yule-Walker方程.由于充分利用了观测数据的统计信息,有利于提高观测噪声方差的估计精度,为后续的AR和MA参数估计精度的提高奠定了基础,也解决了p小于或等于q时观测噪声方差无法估计的问题,仿真和实验结果验证了该方法的有效性.

关键词：自回归滑动平均自回归有色噪声白噪声时间序列

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考虑导弹速度时变的角度约束最优中制导律

控制理论与应用 2018年第2期35卷 248-257页

作者：熊少锋魏明英赵明元熊华北京电子工程总体研究所中国航天科工集团防御技术研究院

以导弹逆轨拦截高速运动目标为背景,本文运用间接高斯伪谱法设计带攻击角度约束的最优中制导律.通过零化弹目相对法向速度,将攻击角度约束转化为视线角约束.考虑导弹速度时变的情况,建立带角度约束的制导方程.根据极小值原理推导最优中... 详细信息

以导弹逆轨拦截高速运动目标为背景,本文运用间接高斯伪谱法设计带攻击角度约束的最优中制导律.通过零化弹目相对法向速度,将攻击角度约束转化为视线角约束.考虑导弹速度时变的情况,建立带角度约束的制导方程.根据极小值原理推导最优中制导律的解析表达式,运用高斯伪谱法对最优中制导律进行离散化,把微分方程转化为代数方程,避免了求解Riccati方程.该方法不需要预先知道导弹未来的速度信息,计算量小,具有较好的实时性.仿真结果表明该中制导律可以满足逆轨拦截对弹目交会角的约束,且中制导末端的过载较小.

关键词：中制导律最优控制逆轨拦截角度约束高斯伪谱法导弹速度时变

考虑导弹自动驾驶仪动态特性的带攻击角度约束制导律

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控制与决策 2015年第4期30卷 585-592页

作者：熊少锋王卫红刘晓东王森武亮北京航空航天大学自动化科学与电气工程学院北京100191 北京航空航天大学飞行器控制一体化技术重点实验室北京100191 北京航天自动控制研究所北京100854 宇航智能控制国防科技重点实验室北京100854

针对打击机动目标时带攻击角度约束的制导问题,采用扩张状态观测器和动态面控制方法设计一种考虑自动驾驶仪动态特性的制导律.考虑期望视线角的变化率正比于未知的目标加速度,采用扩张状态观测器对未知目标加速度进行估计.为了避免奇异... 详细信息

针对打击机动目标时带攻击角度约束的制导问题,采用扩张状态观测器和动态面控制方法设计一种考虑自动驾驶仪动态特性的制导律.考虑期望视线角的变化率正比于未知的目标加速度,采用扩张状态观测器对未知目标加速度进行估计.为了避免奇异问题,并克服非匹配不确定项对系统性能的影响,采用非奇异终端滑模和动态面控制方法进行制导律设计.与传统的将目标加速度设为零的制导律相比较,仿真结果表明所提出的制导律具有良好的制导性能.

关键词：非线性制导律攻击角度约束动态面控制扩张状态观测器机动目标

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逆轨拦截机动目标的三维最优制导律

宇航学报 2020年第1期41卷 80-90页

作者：熊少锋魏明英赵明元熊华王卫红周本春北京电子工程总体研究所北京100854 中国航天科工集团防御技术研究院北京100854 北京航空航天大学自动化科学与电气工程学院北京100191

以大气层内导弹逆轨拦截高速机动目标为背景,本文运用最优控制和双曲正切函数设计带角度约束的三维最优制导律。分别假设导弹弹道倾角和弹道偏角保持瞬时恒定,将三维制导分解为两个相互垂直平面内的二维制导。考虑导弹速度时变的情况,... 详细信息

以大气层内导弹逆轨拦截高速机动目标为背景,本文运用最优控制和双曲正切函数设计带角度约束的三维最优制导律。分别假设导弹弹道倾角和弹道偏角保持瞬时恒定,将三维制导分解为两个相互垂直平面内的二维制导。考虑导弹速度时变的情况,建立带角度约束的制导方程。设计一种双曲正切函数的变种,并将其设为脱靶量和角度约束的权重系数,根据极小值原理推导了最优制导律的解析表达式。双曲正切函数变种的引入,使得制导律对脱靶量和角度约束的要求是逐渐增强的,可以解决传统最优制导律初始段过载指令过大的问题。仿真结果表明了该制导律的有效性。

关键词：最优控制三维制导律逆轨拦截双曲正切函数角度约束导弹速度时变

弹性弹体被动、主动和复合控制及其适用性分析

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新型工业化 2014年第5期4卷 11-19页

作者：刘晓东黄万伟吴云洁熊少锋北京航天自动控制研究所北京100854 宇航智能控制技术国防科技重点实验室北京100854 北京航空航天大学自动化科学与电气工程学院北京100191

针对弹性弹体的稳定控制问题,分析了被动控制方案和主动控制方案的局限性。为了保证导弹控制系统对弹体低频和高频弹性振动均具有良好的抑制效果,提出了被动和主动相结合的复合控制设计思想。考虑弹体弹性振动的前两阶振动模态,分别基... 详细信息

针对弹性弹体的稳定控制问题,分析了被动控制方案和主动控制方案的局限性。为了保证导弹控制系统对弹体低频和高频弹性振动均具有良好的抑制效果,提出了被动和主动相结合的复合控制设计思想。考虑弹体弹性振动的前两阶振动模态,分别基于被动控制、主动控制和复合控制的设计思想提出了三种姿态控制方案。以导弹的工作频带和执行机构的带宽作为参考依据,给出了三种控制方案各自的适用范围。方案的适用性分析为弹性弹体稳定控制方案的选取和设计提供了理论依据。

关键词：弹性弹体结构振动被动控制主动控制复合控制