快速时变自旋飞行器的运动稳定性分析与控制

结题报告
项目介绍
AI项目解读

基本信息

  • 批准号:
    11532002
  • 项目类别:
    重点项目
  • 资助金额:
    350.0万
  • 负责人:
  • 依托单位:
  • 学科分类:
    A0702.非线性振动及其控制
  • 结题年份:
    2020
  • 批准年份:
    2015
  • 项目状态:
    已结题
  • 起止时间:
    2016-01-01 至2020-12-31

项目摘要

The dynamics of a spinning flying vehicle can be described by a kind of complex system with wide range fast time-varying parameters and strong coupling. At present, achievements on stability of coning motion, decoupling control, and optimization and control of trajectory are not sufficient to further improve the comprehensive performance. Following this motivation, research conducted in this project is mainly divided into four parts. Firstly, coupled dynamics models of multiple controlled spinning flying vehicles with different guidance laws are established, and stability conditions or stability regions are derived based on stability theories of linear and nonlinear systems, and the influence of system parameters on the stability are further revealed. Secondly, considering the dynamics characteristics of spinning flying vehicles with wide range fast time-varying parameters and strong coupling, an adaptive decoupling control method is developed to achieve the high precision control of flight status. Thirdly, terminal trajectory with a variety of constraints is planned to get minimum acceleration by minimizing the maximum curvature of curves, and the full envelope trajectory is optimized to reduce the requirement of minimum acceleration of terminal trajectory. Finally, a high dynamic real-time hardware-in-loop simulation system for fast time-varying spinning flying vehicles is constructed to verify the achievements on dynamic stability and trajectory control. The research results can provide a theoretical basis to improve the impact accuracy, control quality of spinning flying vehicles with terminal constraints.
自旋飞行器的动力学特性可由一类参数大范围快速时变、强耦合的复杂系统所描述。锥形运动稳定性、解耦控制方法、飞行轨迹优化与控制等共性问题研究不足严重制约了其综合性能的进一步提高。为此,本项目主要开展:(1)针对不同的制导回路特性,建立多重受控自旋飞行器的耦合动力学模型,推导锥形运动稳定条件或稳定边界,揭示系统参数对其稳定性的影响规律;(2)综合考虑自旋飞行器动力学系统参数大范围快速时变、强耦合的特点,发展自适应解耦控制方法,实现飞行特性的高精度控制;(3)以获得最大曲率最小的曲线为基础,研究带终端约束的末段最小过载飞行轨迹优化方法,并获得降低末段最小过载需求的全包线飞行轨迹优化方法;(4)构建快速时变自旋飞行器的高动态实时半实物仿真系统,对自旋飞行器的动力学特性及飞行轨迹控制方法进行试验验证。研究成果可为提高自旋飞行器满足多种终端约束条件下的落点精度、动态控制品质提供理论基础。

结项摘要

以野战火箭武器、制导炮弹、再入弹头、战术导弹等为代表的自旋飞行器,在国防和国家安全领域具有非常重要的地位和价值。其动力学系统具有参数大范围快速时变、强耦合等特点,本项目围绕其锥形运动稳定性、动态解耦控制方法和多约束轨迹规划策略等问题开展了深入研究。取得的主要成果包括:(1)系统综述了野战火箭武器这类典型自旋飞行器的发展历程,指出其未来发展应重点关注的若干技术难题;(2)发现了舵机间隙、导引回路参数不匹配等导致自旋飞行器锥形运动失稳的若干新因素,并建立了对应的数学模型和稳定判据,揭示了比例导引系数等系统参数对锥形运动稳定性的影响规律;(3)建立了综合考虑气动非线性及几何非线性的自旋飞行器动力学模型,获得了其Hopf分岔发生及其产生极限环的稳定条件,揭示了自旋飞行器动力学系统可能存在的包括周期运动、拟周期运动和混沌运动在内的多种锥形运动形态;(4)提出了部分参数依赖李雅普诺夫函数鲁棒变增益、基于迭代学习的鲁棒自适应、动态逆反步等多种控制器设计方法,提高了自旋飞行器的控制品质及控制鲁棒性;(5)提出了同时考虑系统惯性和非线性且加速度峰值近似最小、中末制导分时自主分配控制能力等多种轨迹规划策略,为实现弹道末端的落角、落速等约束创造了条件;(6)提出了一种包含集中式和分布式通信的组合式协同制导架构,并基于“领弹-从弹”架构提出了一种带有视线角约束的有限时间协同制导律,实现了组内导弹集群在满足视线角约束情况下的攻击时间在有限时间内达到一致。(7)构建了快速时变自旋飞行器的高动态实时半实物仿真系统,对相关理论研究成果进行了试验验证。研究成果可为提高自旋飞行器满足多种终端约束条件下的落点精度、动态控制品质提供理论指导。

项目成果

期刊论文数量(25)
专著数量(0)
科研奖励数量(1)
会议论文数量(0)
专利数量(5)
加速度峰值最小的落角约束导引律设计
  • DOI:
    10.16358/j.issn.1009-1300.2017.06.13
  • 发表时间:
    2017
  • 期刊:
    战术导弹技术
  • 影响因子:
    --
  • 作者:
    郭琨;杨树兴
  • 通讯作者:
    杨树兴
基于高斯伪谱法的二级助推战术火箭多阶段轨迹优化
  • DOI:
    --
  • 发表时间:
    2019
  • 期刊:
    兵工学报
  • 影响因子:
    --
  • 作者:
    刘超越;张成
  • 通讯作者:
    张成
Control failure of the roll-isolated inertial navigation system under large pitch angle
大俯仰角下隔滚惯导系统控制失效
  • DOI:
    10.1016/j.cja.2019.08.026
  • 发表时间:
    2020-10
  • 期刊:
    Chinese Journal of Aeronautics
  • 影响因子:
    5.7
  • 作者:
    Jinchao SONG;Shuxing YANG;Fenfen XIONG
  • 通讯作者:
    Fenfen XIONG
Missile autopilot design based on robust LPV control
基于鲁棒LPV控制的导弹自动驾驶仪设计
  • DOI:
    10.21629/jsee.2017.03.13
  • 发表时间:
    2010-01
  • 期刊:
    Journal of Systems Engineering and Electronics
  • 影响因子:
    2.1
  • 作者:
    Shen Yuanchuan;Yu Jianqiao;Luo Guanchen;Mei Yuesong
  • 通讯作者:
    Mei Yuesong
Acceleration autopilot for a guided spinning rocket via adaptive output feedback
通过自适应输出反馈实现制导旋转火箭的加速自动驾驶仪
  • DOI:
    10.1016/j.ast.2018.04.012
  • 发表时间:
    2018-06
  • 期刊:
    Aerospace Science and Technology
  • 影响因子:
    5.6
  • 作者:
    Zhao Liangyu;Shi Zhongjiao;Zhu Yeqing
  • 通讯作者:
    Zhu Yeqing

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其他文献

提高卷弧翼火箭弹圆锥运动渐近稳定性的几个方法
  • DOI:
    --
  • 发表时间:
    --
  • 期刊:
    固体火箭技术
  • 影响因子:
    --
  • 作者:
    赵良玉;杨树兴;焦清介
  • 通讯作者:
    焦清介
含VEGF启动子的报告基因的构建及雌激素受体对其活性的影响
  • DOI:
    --
  • 发表时间:
    --
  • 期刊:
    生物技术通讯
  • 影响因子:
    --
  • 作者:
    王朝云;熊志红;叶棋浓;孙启鸿;韩聚强;丁丽华;袁斌;杨树兴;杨晓;程龙
  • 通讯作者:
    程龙
Analysis on Stability of Coning Motion of Rockets Based on Nutation Theory
基于章动理论的火箭圆锥运动稳定性分析
  • DOI:
    --
  • 发表时间:
    2010
  • 期刊:
    Journal of China Ordnance
  • 影响因子:
    --
  • 作者:
    闫晓勇;熊芬芬;杨树兴;张成;YAN Xiao-yong, XIONG Fen-fen, YANG Shu-xing, ZHANG
  • 通讯作者:
    YAN Xiao-yong, XIONG Fen-fen, YANG Shu-xing, ZHANG

其他文献

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杨树兴的其他基金

自旋类弹箭飞行器锥形运动稳定性问题研究
  • 批准号:
    10972034
  • 批准年份:
    2009
  • 资助金额:
    36.0 万元
  • 项目类别:
    面上项目

相似国自然基金

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课题项目:调控A型流感病毒诱导IFN-β表达的机制研究

AI项目摘要:

本研究聚焦于TRIM2蛋白在A型流感病毒诱导的IFN-β表达中的调控机制。A型流感病毒是全球性健康问题,其感染可导致严重的呼吸道疾病。IFN-β作为关键的抗病毒因子,其表达水平对抗病毒防御至关重要。然而,TRIM2如何调控IFN-β的表达尚未明确。本研究假设TRIM2通过与病毒RNA或宿主因子相互作用,影响IFN-β的产生。我们将采用分子生物学、细胞生物学和免疫学方法,探索TRIM2与A型流感病毒诱导IFN-β表达的关系。预期结果将揭示TRIM2在抗病毒免疫反应中的作用,为开发新的抗病毒策略提供理论基础。该研究对理解宿主抗病毒机制具有重要科学意义,并可能对临床治疗流感病毒感染提供新的视角。

AI项目思路:

科学问题:TRIM2如何调控A型流感病毒诱导的IFN-β表达?
前期研究:已有研究表明TRIM2参与抗病毒反应,但其具体机制尚不明确。
研究创新点:本研究将深入探讨TRIM2在IFN-β表达中的直接作用机制。
技术路线:包括病毒学、分子生物学、细胞培养和免疫检测技术。
关键技术:TRIM2与病毒RNA的相互作用分析,IFN-β启动子活性检测。
实验模型:使用A型流感病毒感染的细胞模型进行研究。

AI技术路线图

        graph TD
          A[研究起始] --> B[文献回顾与假设提出]
          B --> C[实验设计与方法学准备]
          C --> D[A型流感病毒感染模型建立]
          D --> E[TRIM2与病毒RNA相互作用分析]
          E --> F[TRIM2对IFN-β启动子活性的影响]
          F --> G[IFN-β表达水平测定]
          G --> H[TRIM2功能丧失与获得研究]
          H --> I[数据收集与分析]
          I --> J[结果解释与科学验证]
          J --> K[研究结论与未来方向]
          K --> L[研究结束]
      
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