摘要：针对临近空间直接力/气动力复合控制拦截弹的抗干扰控制问题,提出了一种基于有限时间干扰观测器(FTDO)的非奇异终端滑模(NTSM)复合跟踪控制策略。首先,设计FTDO估计系统的不匹配干扰;在此基础上,设计基于FTDO的NTSM复合控制律,获取期望的控制力矩。接着,考虑到作为执行机构的气动舵和反作用喷气装置存在冗余性,进一步提出了一种动态控制分配算法实现期望控制指令到执行机构的分配,获得良好的控制分配精度和较小的执行机构能耗。最后,仿真结果验证了所设计复合控制系统的有效性。

摘要：针对临近空间拦截弹直接力/气动力复合控制的特性,提出一种基于干扰观测器的保性能跟踪控制器设计方法。首先设计观测器对系统中存在的干扰进行估计,同时设计干扰补偿器抑制干扰对系统的影响;然后,设计复合跟踪控制器保证闭环系统稳定,并为系统性能指标提供一个最小化上界,相应的控制器参数可由线性矩阵不等式问题的可行解构造得到。仿真结果表明,所设计的复合控制系统能快速跟踪过载指令。

摘要：针对临近空间高超声速拦截弹非线性执行机构影响控制系统响应性能,提出基于指定闭环特征值的最优控制系统跟踪设计研究;首先基于次优控制理论及bang-bang理论给出非线性闭环控制系统理想特征值分布;其次,提出基于指定特征值的最优控制系统加权阵的选择方案,并给出和证明加权矩阵存在的充分必要条件;进而基于LQ跟踪器原理设计控制系统;最后通过仿真分析了不同方案的系统性能,仿真结果表明基于该理论设计出的控制系统具有响应速度快、鲁棒稳定性强等特点。

摘要：为满足临近空间拦截弹在大干扰强耦合情况下高精度姿态控制问题,设计了基于非线性干扰观测器的自适应鲁棒反演控制器。建立了基于直接力控制的拦截弹三通道姿态控制系统模型;采用二阶滑模微分器,估计计算反演控制中虚拟控制量的导数,解决了"微分膨胀"的问题;为提高姿控系统控制精度,对模型的未知信息和外界干扰做高精度的估计和补偿,依据二阶跟踪微分器,设计了一种新型非线性干扰观测器;并采用PSR调制器将连续控制量离散化,通过姿控发动机实现变推力控制。数字仿真结果显示,设计的姿态控制器跟踪速度快、精度高,对系统不确定和干扰具有强鲁棒性。

摘要：在空间拦截弹精确控制优化问题的研究中,针对临近空间直接力/气动力复合控制拦截弹的控制问题,提出一种具有干扰抑制和补偿能力的复合跟踪控制器设计方法。考虑到输入通道中的干扰影响,设计了基于干扰观测器和H∞控制的复合控制器,并基于线性矩阵不等式对其进行求解,使得闭环系统稳定并满足一定的H∞性能。针对直接侧向力由脉冲发动机提供时的控制量偏差,通过非线性容限分析方法得出闭环系统稳定的充分条件。仿真结果表明,改进设计方法的有效性,可为拦截弹精确控制提供依据。

摘要：为了对以X-51A为代表的临近空间高超声速飞行器实施有效拦截,提出一种新的具有强鲁棒性的非线性H∞制导律。首先,将目标机动作为系统扰动,建立拦截弹—目标相对运动学数学模型;根据几何方法拦截策略分析,提出以离心加速度的均方根为扰动输出;引入Hamilton函数并基于最优控制理论,得到非线性H∞制导律。该方法利用Lyapunov稳定性理论严格证明了制导系统的全局渐近稳定性,且无需求解Hamilton-Jacobi-Issacs(HJI)偏微分方程。仿真结果表明,该制导律不仅具有很强的鲁棒性也能获得良好的制导精度。

摘要：针对直接力/气动力复合控制的临近空间拦截弹,提出了一种基于非线性干扰观测器(nonlinear disturbance observer,NDO)的动态逆复合跟踪控制器设计方法。首先设计NDO,对系统的不匹配干扰进行估计,并通过干扰估计值设计前馈补偿项来有效消除外部干扰对系统的影响。接着,设计基于NDO的动态逆复合控制律,获取期望控制力矩。然后,利用动态控制分配技术将期望控制力矩分配到气动舵和反作用喷流装置。最后,仿真结果表明,所设计复合控制器对过载指令具有较好的跟踪效果,适用于临近空间拦截弹复合控制。

摘要：针对拦截弹参数时变和执行机构饱和非线性影响控制系统性能,提出基于齐次多项式参数相关Lyapunov理论和非线性矩阵微分方程凸多面体转换算法相结合的鲁棒最优控制系统设计方案。通过引入标准饱和约束算子,建立控制系统数学模型并给出控制系统结构;引入饱和归一化因子,把非线性参数时变微分方程转化成线性多胞型微分方程;基于齐次多项式参数相关Lyapunov理论和拓展Pólya’s定理,把参数时变多胞型微分方程转换成齐次多项式参数相关微分方程,并给出齐次多项式参数相关控制器结构;利用迭代算法把非线性矩阵不等式转换成线性矩阵不等式(LMIs),进而基于LMI凸优化理论获得控制器解,设计出的控制器是关于齐次多项式阶次g和Pólya’s松弛度d的函数;通过定点和制导控制系统仿真校验了该算法,仿真结果表明随着齐次多项式阶次g和Pólya’s松弛度d的增加,设计出的控制器在确保系统稳定的前提下改善控制系统性能。

摘要：临近空间拦截弹执行机构饱和影响控制系统的响应性能,针对此问题,提出了基于NLMIs鲁棒最优的控制系统设计方案;建立执行机构饱和算子模型并给出控制系统结构,引入顶点多项式理论给出控制系统数学模型,通过定理给出非线性控制系统的鲁棒最优控制器结构,利用迭代算法把NLMIs转化成LMIs,基于LMI凸优化理论获得控制器解,定点仿真验证了该算法的合理性。仿真结果表明,所设计的非线性控制系统是鲁棒最优的设计。

摘要：针对临近空间拦截弹中制导段大部分所处空域空气稀薄的情景,提出一种基于虚拟拦截点的预测制导直接力修正算法。首先,为提高预报速度,利用弹道拟合法对再入段的滑翔弹道进行快速预报;其次,利用预报弹道的终点和预测拦截点的几何关系得到虚拟拦截点,针对虚拟拦截点解二体Lambert问题以确定变轨需用速度,并依据此速度预报弹道,解算零控脱靶量;最后,经多次预报后得到零控脱靶量最小的虚拟拦截点,以此确定最终变轨需用速度并利用速度增益进行修正。仿真结果表明,与无虚拟拦截点修正的策略相比,针对虚拟拦截点的拦截修正方法有效减少了发动机燃料消耗和零控脱靶量,更好地满足中制导能量约束和精度要求。