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基于自适应神经模糊推理系统的导弹直/气复合控制系统设计

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导航定位与授时 2021年第5期8卷 54-60页

作者：邓伟伟段朝阳闫亮中国空空导弹研究院洛阳471009

针对导弹直/气复合控制问题,提出了一种基于自适应神经模糊推理系统的导弹直/气复合控制系统设计方法。首先,建立了直/气复合导弹数学模型。然后,针对常规模糊控制设计严重依赖经验的问题,在模糊控制的基础上引入神经网络,通过样本数据... 详细信息

针对导弹直/气复合控制问题,提出了一种基于自适应神经模糊推理系统的导弹直/气复合控制系统设计方法。首先,建立了直/气复合导弹数学模型。然后,针对常规模糊控制设计严重依赖经验的问题,在模糊控制的基础上引入神经网络,通过样本数据学习建立自适应神经模糊推理系统(ANFIS),并设计了脉冲调宽调频调制器。最后,通过仿真试验验证了所提的控制系统设计方法。仿真结果表明,基于ANFIS的导弹直/气复合控制系统能够快速精确地跟踪加速度指令。

关键词：直/气复合控制模糊控制神经网络自适应神经模糊推理系统

基于最优控制/自抗扰控制的直/气复合控制系统设计研究

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上海航天 2018年第4期35卷 12-17页

作者：陈光山车荣夏斌彭继平廖幻年刘露上海航天控制技术研究所上海201109 上海机电工程研究所上海201109

为提升控制系统的性能,对直/气复合控制导弹的控制系统设计进行了研究。以俯仰通道为例,用最优控制理论设计了基于状态反馈的导弹俯仰通道控制回路,用线性二次型调节器(LQR)获得控制律。给出了加权矩阵的选取方法:依次调整表征过载偏差... 详细信息

为提升控制系统的性能,对直/气复合控制导弹的控制系统设计进行了研究。以俯仰通道为例,用最优控制理论设计了基于状态反馈的导弹俯仰通道控制回路,用线性二次型调节器(LQR)获得控制律。给出了加权矩阵的选取方法:依次调整表征过载偏差、角加速度和角速度的权重,使求出的反馈增益系数满足要求。针对状态反馈控制律无法快速抑制直接力开启带来的干扰问题,用自抗扰控制(ADRC)理论改进了控制器,通过构建状态观测器在线实时估计外界干扰并予以补偿,快速抑制扰动。仿真结果表明:用最优控制/自抗扰控制设计的控制器跟踪速度快,动态过程平稳并具有较强的干扰抑制能力,提高了系统的鲁棒性。

关键词：导弹直/气复合控制俯仰通道最优控制自抗扰控制器状态观测器干扰抑制

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直/气复合控制拦截弹控制策略研究

直/气复合控制拦截弹控制策略研究

作者：纪彦宇哈尔滨工业大学

学位级别：硕士

面对日益增强的现代空中威胁,精确制导武器、高超声速飞行器以及大机动能力的弹道导弹的投入使用,传统拦截弹的碎片杀伤方式由于能量不足难以对目标造成破坏,导致突防概率大幅提高,这都对防空拦截技术提出了更苛刻的要求,传统的气动舵... 详细信息

面对日益增强的现代空中威胁,精确制导武器、高超声速飞行器以及大机动能力的弹道导弹的投入使用,传统拦截弹的碎片杀伤方式由于能量不足难以对目标造成破坏,导致突防概率大幅提高,这都对防空拦截技术提出了更苛刻的要求,传统的气动舵控制存在舵偏角限制和延迟,已经不能满足现代精确拦截的要求,在弹体上加装姿控发动机可以显著提高导弹的响应速度和机动能力,实现“趋零脱靶量”的碰撞杀伤,本文对姿控式直/气复合控制拦截弹进行设计,论文的工作主要包括:第一,姿控式直接力/气动力复合控制拦截弹动力学精确建模。通过气动软件计算出了导弹飞行过程中的气动参数并进行插值拟合,考虑地球的自转和扁率在北天东系下建立导弹的质心动力学方程,在准弹体系下建立导弹转动运动动力学方程,进行了无控导弹的仿真验证,验证了导弹模型的正确性及稳定性,为后文的设计奠定了基础。第二,姿控式直接力/气动力复合控制拦截弹控制律设计。首先从工程实际出发,基于经典控制理论对角度进行小量化假设从而实现了方程的近似解耦,设计了直/气复合控制律,分析了系统的稳定性并给出了仿真验证;然后,基于逆系统理论设计了直/气复合动态逆控制律,针对动态逆控制对模型敏感的缺点设计了扩张状态观测器,仿真结果验证了控制系统设计的合理性。第三,姿控式直接力/气动力复合控制点火策略研究。给出了姿控发动机模型,针对传统点火策略的不足,考虑弹体自旋直接力分量的影响对点火策略进行了重新设计,提出了基于指令分解的点火策略和误差补偿叠加点火策略,通过仿真验证了所设计方法的有效性。第四,姿控式直接力/气动力复合控制拦截弹制导控制系统仿真。首先,为了保证拦截精度,结合自抗扰理论中的跟踪微分器提出一种基于弹目视线角加速度的制导律;然后针对再入弹道导弹、蛇形机动高超声速飞行器分别进行了拦截仿真,对两种控制规律进行比较分析;考虑惯导系统的常值漂移和导引头的测量误差,在两个元件中加入高斯白噪声,对系统进行6DOF的仿真,验证了制导控制系统的鲁棒性。

关键词：直/气复合控制拦截弹经典控制动态逆扩张状态观测器点火策略

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基于双环滑模控制的直/气复合控制系统设计

飞控与探测 2020年第5期3卷 58-66页

作者：吕先敬程笠陈旭夏斌彭一洋空军装备部驻上海地区第一军事代表室上海201109 上海航天控制技术研究所上海201109

直接力/气动力(简称直/气)复合控制导弹具有强干扰、强非线性及强耦合等特点,传统的姿态控制器难以适用于该种复杂干扰并存的情况。提出了基于双环滑模控制的直/气复合控制器。首先,采用有限时间收敛趋近律分别构造内、外环滑模控制器,... 详细信息

直接力/气动力(简称直/气)复合控制导弹具有强干扰、强非线性及强耦合等特点,传统的姿态控制器难以适用于该种复杂干扰并存的情况。提出了基于双环滑模控制的直/气复合控制器。首先,采用有限时间收敛趋近律分别构造内、外环滑模控制器,并将角速度回路的滑模变量量化为直接力指令,以解决空气舵与姿控发动机之间的耦合问题;接着,使用非线性扩张状态观测器估计综合干扰,从而设计控制器补偿侧向喷流干扰及模型不确定性等综合干扰的影响;然后,基于李雅普诺夫方法证明了控制系统闭环稳定,分析了干扰补偿对控制器收敛域的影响;仿真表明,该方法跟踪速度快,动态过程平稳,具有较强的干扰抑制能力,具有很强的鲁棒性。

关键词：拦截弹直/气复合控制滑模控制非线性状态观测器干扰抑制

基于直接力与气动力复合控制的制导控制律设计

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基于直接力与气动力复合控制的制导控制律设计

作者：宛莹哈尔滨工业大学

学位级别：硕士

当面对大机动的目标时,拦截弹需要有较快的过载响应速度,以便能在短时间内产生足够的过载,应对目标的快速机动。在高空高速的飞行条件下,由于气动效率较低,纯气动力控制的响应时间长,短时间内能建立的过载较小,无法满足快速跟踪目标的... 详细信息

当面对大机动的目标时,拦截弹需要有较快的过载响应速度,以便能在短时间内产生足够的过载,应对目标的快速机动。在高空高速的飞行条件下,由于气动效率较低,纯气动力控制的响应时间长,短时间内能建立的过载较小,无法满足快速跟踪目标的需求。通过应用直接侧向力与气动力复合控制的方式,能够较好地缩短过载建立时间,实现对高空高速大机动目标的准确拦截。由于直/气复合控制存在着直接力和气动力控制两套执行机构,因此,如何令控制指令于两套执行机构间进行合理分配,达到既保证过载快速建立、又保持弹体姿态稳定的目的,是直/气复合控制的研究中不可回避的问题。本文基于已有的科研成果,研究了直/气复合控制导弹的控制律和制导律问题。首先,对非线性规划问题的求解进行说明。通过应用序列二次规划法来求解非线性规划问题。而后证明了二次规划子问题和原问题是等价的,给出了通常形式下的序列二次规划算法的介绍,并对该算法所具有的全局收敛性和超线性收敛性进行证明,最终对于在收敛性论述中出现的Maratos效应进行说明,并对如何解决该效应的办法进行了分析和阐述。其次,针对直/气复合控制和单一气动力控制进行闭环控制律设计。构造了典型配置下导弹姿态控制系统的数学模型。而后把导弹姿态控制系统模型转化为带有终端状态约束和时间约束的最优控制问题,再应用伪谱法将最优控制问题转化为静态优化问题,之后应用序列二次规划算法来进行求解。采用滚动预测控制思想,将优化所得的开环控制律进行闭环实现,以达到提高系统鲁棒性和抗干扰能力的效果。再次,基于直/气复合控制系统进行制导律设计研究。首先建立了平面内的弹目相对运动模型,之后采用高增益扩张观测器对于目标的加速度进行估计,将得到的估计的目标加速度应用到增广比例导引律中,以完成对目标机动的补偿。而后通过制导律发出加速度指令,通过导弹的控制系统来转换成实际加速度。之后对于控制切换策略进行设计来决定如何进行两种控制方法的切换。最后,根据所设计的控制律和制导律进行相关的仿真验证,验证本文中所采用方法的可行性。

关键词：直/气复合控制最优控制序列二次规划法高斯伪谱法预测控制