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幾餐能测控技术2018年第37卷第6期• 5 •滚仰式半捷联稳定平台的神经网络自适应控制算法张良，韩宇萌(中国空空导弹研究院，河南洛阳471009)摘要:基于滚仰式半捷联稳定平台的机械结构特性，建立了稳定平台的运动学及动力学模型。
为了解决 动力学建模不确定性以及摩擦力等外界干扰对稳定平台工作性能的影响，实现滚仰式导引头的捷联稳 定控制，设计了一种神经网络自适应控制算法，并将其应用于稳定平台的控制之中。
仿真结果表明，相 比传统方法，提出的算法可以有效提高滚仰式稳定平台抵抗外界干扰的能力，在动力学建模误差、摩擦 等扰动很大的情况下仍可以保证滚仰式稳定平台的控制精度，其结果可以为滚仰式导引头的稳定与跟 踪控制提供研究基础。
关键词：滚仰式导引头;稳定平台；神经网络自适应控制；捷联稳定中图分类号:TP273 文献标识码:A文章编号：1000 -8829(2018)06 -0005 -04doi：10.19708/j.ckjs.2018.06.001A Neural Network Adaptive Control Algorithm for Roll-PitchSemi-Strapdown Stabilized PlatformZHANG Liang,HAN Yu-meng(China Airborne Missile Academy, Luoyang 471009, China)Abstract：Based on the mechanical structure of the roll-pitch platform,the kinematics model and the dynamic models were established.In order to eliminate the effects of the external disturbances such as dynamic modeling uncertainty and friction on the stabilized platform performance,and achieve the strapdown stabilization control of the roll-pitch seeker,a neural network adaptive control algorithm was designed and applied to the control of a stabilized platform.The simulation results show that compared with the conventional control methods,the proposed control algorithm can effectively improve the control performance of the roll-pitch stabilized platform,the tracking ability can be ensured under the external disturbances such as modeling error and friction.These results can serve as a basis for the control of roll-pitch stabilized platform.Key words：roll-pitch seeker;stabilized platform;neural network adaptive control;strapdown stabilization为了顺应红外成像导引头小型化、大离轴和内部 自主制冷的发展要求，采用滚仰式半捷联稳定平台的 红外导引头受到了广泛的关注并被研究[1_2]。
干扰速率补偿式火炮线自稳定跟踪控制建模与仿真李伟;韩崇伟;刘爱峰;任海波;胡鑫;姜俊峰【期刊名称】《兵工学报》【年(卷),期】2022(43)6【摘要】为适应动基座、高射角条件下火炮高精度的稳定跟踪控制的需求,提出一种基于大地坐标系下干扰速率补偿式火炮线自稳定控制方法,以有效抑制自行火炮车体姿态扰动对火炮线指向的影响。
根据指向稳定的火炮线在动基座上的运动规律,设计新的干扰速率测量陀螺安装方式,推导在大地坐标系下的方位向和高低向干扰速率解耦补偿值,并在传统的高炮随动基础上应用干扰速率前馈补偿,实现火炮线自稳定和控制解耦。
由于火炮稳定只涉及炮塔回转、火炮俯仰两个自由度且都存在偏心矩等因素,采用牛顿-欧拉法建立运动车体与火炮、炮塔之间的动力学模型,并考虑传动机构的刚度和齿隙的非线性,结合执行电机模型和经典闭环控制,以车体航向、俯仰、横滚各幅值为7°,周期为2 s的三轴复合摇摆条件,分别对该控制策略在忽略弹性、考虑动弹性的两种情况下对该控制策略进行仿真研究。
仿真结果表明,所提稳定控制方法实现了稳定射角不低于60°,在传动弹性条件下的稳定误差不大于0.5 mrad,正弦稳定跟踪误差不大于2.8 mrad,同时实现了高低向和方位向的的控制解耦,为火炮线高响应、高精度稳定控制提供了新的研究思路和方法。
【总页数】13页(P1233-1245)【作者】李伟;韩崇伟;刘爱峰;任海波;胡鑫;姜俊峰【作者单位】西北机电工程研究所;浙江大学流体动力与机电系统国家重点实验室;浙江大学浙江省先进制造技术重点实验室【正文语种】中文【中图分类】TJ275【相关文献】1.行进间火炮指向稳定跟踪系统建模与控制2.自行高炮跟踪线的两轴角位移补偿式稳定3.火箭助飞式声干扰器和悬浮式深弹协同对抗线导鱼雷建模与仿真4.速率稳定滚仰式导引头跟踪回路自抗扰控制器设计与仿真5.捷联式三轴稳定跟踪系统的运动学建模与仿真因版权原因，仅展示原文概要，查看原文内容请购买。
速率稳定滚仰式导引头跟踪回路自抗扰控制器设计与仿真导引头是导弹制导系统中的关键部件，它能够根据目标的运动状态进行实时调整，从而实现对目标的跟踪和命中。
而导引头的稳定性和跟踪精度则取决于导引头的控制系统设计。
在导弹制导系统中，自抗扰控制技术是一种非常有效的控制方法，能够在目标跟踪过程中抑制外界干扰，提高系统的稳定性和跟踪精度。
本文将介绍一种速率稳定滚仰式导引头跟踪回路自抗扰控制器的设计与仿真，旨在提高导弹制导系统的性能。
一、设计原理具体来说，该控制器包括速率稳定环和滚仰式导引头跟踪环两个部分。
速率稳定环主要用于抑制导弹的速率变化，保持导弹飞行的稳定性；滚仰式导引头跟踪环则用于实现对目标的跟踪和命中。
在这两个环节中，引入自抗扰控制器能够通过实时调整控制参数，抑制外界干扰，提高系统的稳定性和跟踪精度。
二、控制器设计与仿真1. 自抗扰控制器设计我们需要设计速率稳定滚仰式导引头跟踪回路自抗扰控制器的控制算法。
在这里，我们采用了基于状态反馈的自抗扰控制方法，通过测量系统的状态变量，实时调整控制输入，抑制外界干扰。
控制器的控制算法如下：u=-Kx+Kru为控制输入，K为状态反馈矩阵，x为系统状态变量，r为参考输入。
2. 仿真模型建立接下来，我们需要建立速率稳定滚仰式导引头跟踪回路的仿真模型。
在这里，我们利用MATLAB/Simulink软件，建立了导引头控制系统的仿真模型。
该模型包括了导弹飞行动力学模型、导引头跟踪回路模型和自抗扰控制器模型，能够模拟导弹飞行过程中的各种动态特性和干扰情况。
3. 仿真结果分析通过对速率稳定滚仰式导引头跟踪回路的仿真模型进行仿真分析，我们可以得到系统在不同工况下的控制性能。
在典型的干扰情况下，我们可以观察到自抗扰控制器能够有效抑制外界干扰，提高系统的稳定性和跟踪精度。
我们还可以通过调整控制参数，实现对系统的性能优化。
三、结论与展望未来，我们还可以进一步研究导弹制导系统中其他部件的自抗扰控制器设计与仿真，进一步提高系统的整体性能。
滚仰式导引头跟踪回路角增量优化吴海龙;贾宏光;魏群;姜湖海;王超;虞林瑶;张天翼;朱瑞飞【期刊名称】《光学精密工程》【年(卷),期】2014(022)010【摘要】提出了一种角增量的生成及优化方法,用于解决滚仰式导引头跟踪回路角增量指令的提取问题.介绍了一种滚仰式导引头结构组成及其工作原理;根据脱靶量信息和探测器焦距给出了滚转和俯仰框架的位置回路角增量;将角增量标定为以两框架零位为起点的绝对角位置指令,其中,俯仰框的角位置指令标定区为[0,π/2],滚转框的角位置指令标定区为[0,2π).依据减小滚转框角增量的原则,将导引头滚转框的当前框架角在[0,2 π)内均分成4个象限,在不同的当前框架角范围内给出了相应的角增量优化策略.最后,设计了角增量优化指令的半实物实验以验证方法的可行性.实验结果表明:文中提出的指令提取和优化方法可以实现对目标的跟踪,跟踪误差为0.149 4°.【总页数】9页(P2787-2795)【作者】吴海龙;贾宏光;魏群;姜湖海;王超;虞林瑶;张天翼;朱瑞飞【作者单位】中国科学院长春光学精密机械与物理研究所,吉林长春130033;中国科学院大学,北京100039;中国科学院长春光学精密机械与物理研究所,吉林长春130033;中国科学院长春光学精密机械与物理研究所,吉林长春130033;西南技术物理研究所,四川成都610041;中国科学院长春光学精密机械与物理研究所,吉林长春130033;中国科学院长春光学精密机械与物理研究所,吉林长春130033;中国科学院长春光学精密机械与物理研究所,吉林长春130033;中国科学院长春光学精密机械与物理研究所,吉林长春130033【正文语种】中文【中图分类】V472.13;TJ765.331【相关文献】1.基于Paden-Kahan子问题求解滚仰式导引头角增量 [J], 朱明超;贾宏光2.基于旋量理论的滚仰式导引头跟踪指令解算 [J], 刘凯;梁晓庚;李友年3.基于跟踪微分器的滚仰式成像导引头视线角速率估计 [J], 韩宇萌;贾晓洪;赵桂瑾;史晓刚4.速率稳定滚仰式导引头跟踪回路自抗扰控制器设计与仿真 [J], 王远飞; 刘晓利; 陈志华5.滚仰式导引头稳定和跟踪特性研究 [J], 陈思远;谢伟;刘石祥;王以波因版权原因，仅展示原文概要，查看原文内容请购买。
自抗扰算法在导引头光电稳瞄系统中的应用雷海丽发布时间：2021-08-10T03:26:58.843Z 来源：《中国科技人才》2021年第12期作者：雷海丽宋亚民严宁乔志峰[导读] 自抗扰控制算法能实时估计并补偿伺服系统在运行过程中受到的各种外界干扰和内部干扰，解决了现代控制理论中依赖数学模型的问题。
将其应用到导引头的伺服控制中，可以解决导引头建模不确定性、探测器输出及传感器测量噪声多方面误差因素的影响，提高导引头的伺服性能，增强对外界扰动的隔离性能。
雷海丽宋亚民严宁乔志峰西安应用光学研究所陕西西安 710065摘要：自抗扰控制算法能实时估计并补偿伺服系统在运行过程中受到的各种外界干扰和内部干扰，解决了现代控制理论中依赖数学模型的问题。
将其应用到导引头的伺服控制中，可以解决导引头建模不确定性、探测器输出及传感器测量噪声多方面误差因素的影响，提高导引头的伺服性能，增强对外界扰动的隔离性能。
关键词：自抗扰；隔离度；伺服性能引言：导引头是精确制导武器的核心部件，其伺服机构是实现视轴稳定和目标跟踪的执行装置，其性能直接影响导引头的制导精度。
作为复杂的光、机电一体化装置，导引头伺服机构的研制涉及光学工程、惯性技术、机械工程及控制工程等多个学科领域，其控制性能受到陀螺随机误差、模型不确定性、干扰力矩、跟踪器滞后及多采样率等多方面误差因素的影响。
现有的伺服机构研制大都将其作为一个独立的机电装置，很少从整个制导系统的角度去进行研究，所采用的测控方法多为经典的信号处理与控制方法。
随着精确制导武器装备的发展，对导引头伺服机构的性能要求越来越高，稳定跟踪精度指标不断提高，采用传统的设计方法尤其是经典测控方法己很难实现这一目标，应用现代先进测控理论与技术来提高机构的控制性能显得尤为迫切。
1. ADRC控制系统概述现代控制理论提出了许多控制算法，但这些算法大多以精准的数学模型为前提，而在工程实际中要得到控制系统准确的数学模型，几乎是不可能的，这成为了现代控制论应用的一大瓶颈。
第37卷第2期2021年4月Electro-Mechanical Engineering·创新与探索·DOI:10.19659/j.issn.1008–5300.2021.02.014滚仰式导引头稳定和跟踪特性研究*陈思远1，谢伟1，刘石祥2，王以波1（1.西南电子设备研究所，四川成都610036；2.北京理工大学机电学院，北京100081）摘要：文中对用于近距格斗空空导弹的滚仰导引头在弹体扰动下的稳定和跟踪特性进行了研究。
根据滚仰导引头的框结构，采用坐标变换分析了弹体扰动对导引头的影响，并得到了通过滚转框架角控制实现滚仰导引头完全隔离弹体扰动的条件，建立了滚仰导引头半捷联稳定控制模型，并进行了滚仰导引头稳定和跟踪特性仿真。
仿真结果表明，当存在偏航扰动时，导引头光轴的运动耦合了弹体扰动信息，滚转框响应速度越快，则导引头隔离弹体扰动能力越强。
由于滚转电机输出角速度的限制，滚仰导引头无法完全隔离弹体扰动。
关键词：滚仰导引头；半捷联；扰动隔离；跟踪特性中图分类号：TJ765文献标识码：A文章编号：1008–5300(2021)02–0060–05Research on Stabilizing and Tracking Characteristicsof Roll-pitch SeekerCHEN Siyuan1,XIE Wei1,LIU Shixiang2,W ANG Yibo1(1.Southwest China Research Institute of Electronic Equipment,Chengdu610036,China;2.School of Mechatronical Engineering,Beijing Institute of Technology,Beijing100081,China) Abstract:The stabilizing and tracking characteristics of roll-pitch seeker on short-range combat air-to-air missiles under missile body disturbance are studied in this paper.According to the structure of the roll-pitch seeker,the influence of missile body disturbance on the seeker is analyzed by coordinate transformation,and the condition of complete isolation of missile body disturbance for the seeker by controlling the roll gimbal angle is obtained.The semi-strapdown stability control model of the seeker is established and the stabilizing and tracking simulation of the seeker is carried out.Simulation results show that the missile body disturbance information is coupled with the motion of the seeker optical axis when yaw disturbance exists.The faster the response of the roll gimbal is,the stronger the isolation ability of the seeker from missile body disturbance is. Due to the limit of the output angular rate of roll gimbal motor,the roll-pitch seeker can not completely isolate the missile body disturbance.Key words:roll-pitch seeker;semi-strapdown;disturbance isolation;tracking characteristic引言滚仰式红外导引头采用滚转外框、俯仰内框结构，实现了±90◦框架角，使导引头视场可以覆盖整个前半球，为导弹实现大离轴角发射提供了必要条件[1]。
滚仰式导引头斜置方案下的过顶奇异问题控制策略
金秋延;刘福祥;王新春;刘晓;莫波
【期刊名称】《兵工学报》
【年(卷),期】2024(45)2
【摘要】在末制导阶段,由于制导目标位于弹体纵轴附近,滚仰式结构的导引头易出现奇异性问题而难以精确跟踪目标。
针对上述问题,提出基于斜置方案的滚仰式导引头过顶奇异问题控制策略。
在导引头稳定平台相对弹体斜置边界俯仰框架角的基础上,通过控制弹体的滚转运动,保证导引头光轴始终避开过顶奇异区域,实现目标位于弹体纵轴附近和斜置导引头初始光轴附近两个过顶奇异区域的稳定跟踪。
研究结果表明:所提策略相比于增设第三轴的方法,导引头体积小、质量轻;相比于分区域变参数控制策略,解决了静止和减速控制时过顶奇异区域内导引头对视线角速度跟踪失效的问题;仿真对比结果验证了所提策略具有跟踪精确度高、有效抑制控制系统失稳、降低探测器失调角的特点。
【总页数】13页(P628-640)
【作者】金秋延;刘福祥;王新春;刘晓;莫波
【作者单位】北京理工大学宇航学院;北京航天自动控制研究所;北京航天长征飞行器研究所
【正文语种】中文
【中图分类】TJ410.3
【相关文献】
1.基于Paden-Kahan子问题求解滚仰式导引头角增量
2.滚仰式导引头过顶问题的抗饱和控制研究
3.滚仰式导引头稳定和跟踪特性研究
4.微小型滚仰式红外导引头光机轴系一体化设计
5.滚-仰式导引头奇异性分析与控制
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专利名称：一种滚摆式导引头跟踪回路角增量优化方法
专利类型：发明专利
发明人：姜湖海,魏群,贾宏光,王超,虞林瑶,张天翼,朱瑞飞,吴海龙
申请号：CN201310136239.7
申请日：20130418
公开号：CN103226360A
公开日：
20130731
专利内容由知识产权出版社提供
摘要：本发明涉及一种滚摆式导引头跟踪回路角增量优化方法，包括以下步骤：当滚转框的相对运动范围绝对值小于等于π/2时，直接输出解算得到的滚转和摆动框的角位置指令；当滚转框的相对运动范围绝对值为(π/2,3π/2]时，将摆动框的角位置指令取负号，然后控制滚转框的相对运动范围绝对值小于π/2；当滚转框的相对运动范围绝对值为(3π/2,2π)时，示滚转框的限位情况优化输出指令。
本发明的滚摆式导引头跟踪回路角增量优化方法，给出的角位置指令在导引头的跟踪范围内具有明确、单一的弹目指向关系，逻辑关系清晰，并且求解过程不需要大量的矩阵运算，硬件负担轻，实时性好。
申请人：中国科学院长春光学精密机械与物理研究所
地址：130033 吉林省长春市东南湖大路3888号
国籍：CN
代理机构：长春菁华专利商标代理事务所
代理人：张伟
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速率稳定滚仰式导引头跟踪回路自抗扰控制器设计与仿真
一、引言
随着航空航天技术的不断发展，导弹和飞行器的控制系统设计也日益受到关注。
导弹的导引头跟踪回路是其控制系统中的关键部分，其稳定性和精度对导弹的命中目标起着非常重要的作用。
如何设计一种稳定性强、抗干扰能力强的导引头跟踪回路控制器成为了研究的热点。
自抗扰控制（Active Disturbance Rejection Control，ADRC）是一种新型的控制方法，它具有抗干扰能力强、收敛速度快、参数调节简单等优点，因此近年来在导弹和飞行器控制系统中得到广泛的应用。
本文旨在利用ADRC算法设计速率稳定滚仰式导引头跟踪回路控制器，并对其进行仿真研究，以验证其稳定性和性能。
1. 系统建模
我们需要建立速率稳定滚仰式导引头跟踪回路的数学模型，以便进行控制器设计和仿真研究。
导引头跟踪回路通常由俯仰通道和横滚通道组成，其中俯仰通道用来控制导弹的仰角，横滚通道用来控制导弹的滚转角。
导引头跟踪回路的动力学方程可以用如下形式表示：
\begin{cases}
J_{\theta}\ddot{\theta}=M_{\theta}-\frac{1}{T_{\theta}}\dot{\theta}-\frac{K_{w _{\theta}}}{T_{\theta}}w_{\theta}\\
J_{\phi}\ddot{\phi}=M_{\phi}-\frac{1}{T_{\phi}}\dot{\phi}-\frac{K_{w_{\phi}}}{ T_{\phi}}w_{\phi}
\end{cases}
J_{\theta}和J_{\phi}为俯仰通道和横滚通道的转动惯量，\theta和\phi为俯仰通道和横滚通道的角度，M_{\theta}和M_{\phi}为俯仰通道和横滚通道的控制力矩，
T_{\theta}和T_{\phi}为俯仰通道和横滚通道的时间常数，K_{w_{\theta}}和
K_{w_{\phi}}为俯仰通道和横滚通道的扰动增益，w_{\theta}和w_{\phi}为系统的外部扰动。
2. 自抗扰控制器设计
基于上述系统动力学方程，我们可以利用ADRC算法设计导引头跟踪回路控制器。
ADRC 控制器的基本结构包括扰动观测器、状态反馈控制器和非线性补偿器。
其工作原理是通过
扰动观测器估计系统的外部扰动，并将其加入到控制信号中进行补偿，从而实现对系统扰
动的抑制。
3. 控制器参数调节
在设计完ADRC控制器的基本结构之后，下一步需要进行控制器参数的调节。
ADRC控
制器的参数包括观测增益、控制增益、非线性补偿器参数等。
这些参数的选择对于控制器
的性能和稳定性起着至关重要的作用。
通常可以通过试探法、经验法和优化算法等方法进
行参数调节。
三、仿真研究
在完成速率稳定滚仰式导引头跟踪回路控制器的设计之后，我们可以利用仿真软件进
行仿真研究，以验证控制器的稳定性和性能。
我们需要将导引头跟踪回路的数学模型转化为仿真模型。
在仿真模型中，可以考虑加
入系统的各种扰动和干扰，以验证ADRC控制器的抗干扰能力。
接下来，我们可以将设计好的ADRC控制器应用到仿真模型中，观察系统的响应。
通过调节控制器的参数，可以比较不同参数组合对系统性能的影响。
3. 仿真结果分析
我们可以对仿真结果进行分析和总结。
通过比较不同控制器参数组合的仿真结果，可
以评价控制器的性能和稳定性。
还可以对系统的抗干扰能力和鲁棒性进行分析，以验证ADRC控制器的有效性。
四、结论
本文以速率稳定滚仰式导引头跟踪回路为例，利用ADRC算法设计了一种新型的控制器，并进行了仿真研究。
结果表明，设计的ADRC控制器在抗干扰能力和稳定性方面具有显著的优势，能够有效提高导引头跟踪回路的性能和精度。
未来，我们将进一步完善ADRC控制器的设计方法，探索其在导弹和飞行器控制系统中的更广泛应用。
还可以考虑将ADRC算法与其他控制方法相结合，进一步提高系统的性能和鲁棒性。
相信随着研究的不断深入，ADRC控制器将为导弹和飞行器控制系统的设计和应用带来新的突破。
