导引头伺服系统预定回路Anti—Windup设计
第３２卷第３期 ２０１１年９月 制 导 与 引 信 ＧＵＩＤＡＮＣＥ＆ＦＵＺＥ Ｖ０１．３２ Ｎｏ．３ Ｓｅｐ．２０１１
文章编号：１６７１—０５７６（２０１１）０３～０００５—０４
０ 导引头伺服系统预定回路Ａｎｔｉ—Ｗｉｎｄｕｐ设计
张 艳 ， 刘 扬 ， 陈峻山 ， 陆涓涓
（１．海军驻上海地区航天系统军事代表室，上海２０１１０９；
２．上海无线电设备研究所，上海２０００９０）
摘 要：以雷达导引头伺服系统预定回路为研究对象，建立了回路的数学模型。针对由
饱和非线性引起的Ｗｉｎｄｕｐ问题，提出两种Ａｎｔｉ—Ｗｉｎｄｕｐ设计方法，并通过数字控制器实现。
实验结果表明，两种设计方法能有效解决回路Ｗｉｎｄｕｐ问题，提高回路性能。
关键词：雷达导引头；伺服系统；预定回路；控制器
中图分类号：ＴＪ７６５．３３１ 文献标识码：Ａ
Ａｎｔｉ＿＿Ｗｉｎｄｕｐ Ｄｅｓｉｇｎ ｆｏｒ Ｐｒｅｓｃａｌｅ Ｌｏｏｐ ｏｆ
Ｒａｄａｒ Ｓｅｅｋｅｒ Ｓｅｒｖｏ Ｓｙｓｔｅｍ
ＺＨＡＮＧ Ｙａｈ ，ＬＩＵ Ｙａｎｇ ，ＣＨＥＮ Ｊｕｎ—ｓｈａｎ 。ＬＵＪｕａｎ－ｊｕａｎ
（１．Ｔｈｅ Ｎａｖｙ ｏｆ Ｍｉｌｉｔａｒｙ Ｒｅｐｒｅｓｅｎｔａｔｉｖｅ Ｏｆｆｉｃｅ ｉｎ ＳＡＳＴ，Ｓｈａｎｇｈａｉ ２０ １ １０９；
２．Ｓｈａｎｇｈａｉ Ｒａｄｉｏ Ｅｑｕｉｐｍｅｎｔ Ｒｅｓｅａｒｃｈ Ｉｎｓｔｉｔｕｔｅ，Ｓｈａｎｇｈａｉ ２０００９０，Ｃｈｉｎａ）
Ａｂｓｔｒａｃｔ：Ａ ｐｒｅｓｃａｌｅ ｌｏｏｐ ｏｆ ｒａｄａｒ ｓｅｅｋｅｒ ｓｅｒｖｏ ｓｙｓｔｅｍ ｉｓ ｓｔｕｄｉｅｄ ａｎｄ ｅｓｔａｂｌｉｓｈｅｄ ｔｈｅ
ｍａｔｈｓ ｍｏｄｅｌ ｏｆ ｌｏｏｐ．Ｔｏ ｒｅｓｄｌｖｅ ｔｈｅ Ｗｉｎｄｕｐ ｐｒｏｂｌｅｍ ｉｎ ｓａｔｕｒａｔｉｏｎ ｎｏｎｌｉｎｅａｒ ｌｏｏｐ，ｔｗｏ ａｎｔｉ—
Ｗｉｎｄｕｐ ｄｅｓｉｇｎ ｍｅｔｈｏｄｓ ａｒｅ ｐｒｅｓｅｎｔｅｄ ａｎｄ ｒｅａｌｉｚｅｄ ｂｙ ｄｉｇｉｔａｌ ｃｏｎｔｒｏｌｌｅｒ．Ｔｈｅ ｒｅｓｕｌｔｓ ｏｆ ｔｅｓｔ
ｐｒｏｖｅ ｔｈａｔ ｔｈｅｓｅ ｔｗｏ ｍｅｔｈｏｄｓ ａｒｅ ｅｆｆｅｃｔｉｖｅ ｔｏ ｒｅｓｏｌｖｅ ｔｈｅ Ｗｉｎｄｕｐ ｐｒｏｂｌｅｍ ａｎｄ ｉｍｐｒｏｖｅ ｌｏｏｐ’
Ｓ ｐｅｒｆｏｒｍａｎｃｅｓ．
Ｋｅｙ ｗｏｒｄｓ：ｒａｄａｒ ｓｅｅｋｅｒ；ｓｅｒｖｏ ｓｙｓｔｅｍ；ｐｒｅｓｃａｌｅ ｌｏｏｐ；ｃｏｎｔｒｏｌｌｅｒ
引言
伺服系统是雷达导引头的重要组成部分，根
据导引头信号处理机提供的指令完成预定天线指
向、隔离弹体扰动、跟踪Ｅｌ标和形成指令信号等功
牧一日期ｔ２０１１—０６—１５ 作爿Ｉ｜ 介ｔ张艳（１９７９～），男，工程师，主要从事导引头与 引信技术的研究。 能口 。预定回路完成天线指向预定功能，按照发
射前提供的预定角信号或视向预定角信号，将导
引头天线预先对准目标或前置一个角度，系统对
其稳态精度、过渡过程的要求都很严格 ］。
作为一个典型的位置控制系统，预定回路可
以按照经典控制理论的频域方法设计控制器，但
由于实际系统中存在的多种非线性特性，必将影
响线性控制器的性能。其中，最为显著的是饱和
非线性会引起的控制器Ｗｉ
ｎｄｕｐ（积分饱和）问 ６ 制 导 与 引 信 第３２卷
题，需要设计Ａｎｔｉ—Ｗｉｎｄｕｐ（抗积分饱和）控制器 进行补偿Ｌ２］。
本文以某雷达导引头伺服系统的预定回路为
研究对象，针对由饱和非线性引起的Ｗｉｎｄｕｐ问
题，设计两种Ａｎｔｉ—Ｗｉｎｄｕｐ控制器进行补偿；最
后通过数字控制器实现补偿算法，并通过实验测
试验证其控制效果。
１ 回路Ｗｉｎｄｕｐ问题
１．１ 回路模型
为确保系统静态动态性能，预定回路采用双 对电机速度的控制，外环由电位器构成位置反馈，
完成对机构位置的控制，预定回路结构框图如图
１所示。
图中，Ｒ为预定角；Ｅ为角误差；ｎ，为参考角
速度；【，为驱动电压；力为电机角速度；ｒ为天线
指向角；Ｇｍ（ｓ）为电机传递函数；Ｇ。（ｓ）为机构传递
函数；Ｋ为测速机反馈系数；Ｃ （ｓ）为速度环控制 律；Ｃ。（ｓ）为位置环控制律。
回路的控制对象为电机和机构组成的机电驱
动机构，文献［３］对其这类驱动特性的建模进行了
讨论，提出了刚性连接模型和弹性连接模型的两
种建模方法，理论分析和试验测试表明，对于位标
环路结构；内环由测速机构成速度反馈回路，完成 器的驱动特性，弹性连接模型更能准确描述系统
一一一一、ｆ，一一一一 一 ＿１１二竺：厂
Ｉ 二二 Ｉ’
图１预定回路框图
特性。按弹性连接模型建模，得到电机和机构的
传递函数如式（１）、式（２）所示。
，、 ２ ０００（０．０２３ ４ ＋ 一 干 丽一
０．００９ ３６５＋１） ， ０．００９ｓ＋１）（５．７３×１０ Ｓ＋１） …
Ｇｌ 一 掣
按照频域设计方法，设计测速机反馈为
Ｋ—１．５×１０一。
速度环控制律为
Ｃｖ 一
位置环控制律为
Ｃ。（ｓ）一２２．５ （２）
１．２ Ｗｉｎｄｕｐ问题
图１中ｓａｔ（ｓ）表示回路的驱动电压饱和特
性， 和 分别为饱和非线性之前的目标控制电
压和饱和非线性之后的实际输出电压，它们之间 的关系如式（３）所示。
Ｄｃｓ，一｛ｕ２２ ｓｉ ｇｎ［Ｕ（ｓ） ：； ｃ３ Ｉ ］ ｌ Ｕ（ｓ）Ｉ≥２２ 由于回路中包含积分环节，这使得回路会产
生饱和非线性带来的Ｗｉｎｄｕｐ问题。图２为考虑
了加入饱和非线性后的回路模型对不同幅值阶跃
信号的响应。
喇
娥
件＜
时间／ｓ
ａ）５。预定角
时间／ｓ
ｂ）５Ｏ。预定角 图２
含饱和非线性回路模型阶跃响应 第３期 张艳，等：导引头伺服系统预定回路Ａｎｔｉ—Ｗｉｎｄｕｐ设计 ７
从图中可以看出，当系统作小角度位置预定 时，回路工作在线性区，饱和特性对系统没有影
响；当系统作大幅度的位置预定时，饱和非线性造
成回路性能严重下降，超调变大，调节时间变长，
出现Ｗｉｎｄｕｐ问题。回路需要设计Ａｎｔｉ—Ｗｉｎｄｕｐ
控制律对饱和非线性进行补偿。常用的Ａｎｔｉ—
Ｗｉｎｄｕｐ设计有基于饱和控制的Ａｎｔｉ－Ｗｉｎｄｕｐ设
计和基于滤波器的Ａｎｔｉ—Ｗｉｎｄｕｐ设计Ｌ４］。 ／ｍＡ饱和控制后，回路的大信号阶跃响应仿
真结果，如图３所示。
２ Ａｎｔｉ—Ｗｉｎｄｕｐ控制器设计 时间
图３基于饱和控制的Ａｎｔｉ—Ｗｉｎｄｕｐ阶跃响应
２．１基于饱和控制的Ａｎｔｉ－Ｗｉｎｄｕｐ设计
基于饱和控制的Ａｎｔｉ—Ｗｉｎｄｕｐ设计通过对
线性控制施加饱和限制，避免驱动器出现饱和现
象，从而消除Ｗｉｎｄｕｐ现象，文献Ｅｓ］证明了该方
法的稳定性。根据回路的驱动饱和特性选择饱和
限制参数，在位置环控制律Ｃ （ｓ）加入饱和限制，
修正后的位置环控制律如式（４）所示。 从仿真结果中可以看出，采用基于饱和控制
的Ａｎｔｉ—Ｗｉｎｄｕｐ设计后，回路的大信号阶跃响应
超调降低，调节时间减小，回路性能得到改善。
２．２基于滤波器的Ａｎｔｉ－Ｗｉｎｄｕｐ设计
基于滤波器的Ａｎｔｉ－Ｗｉｎｄｕｐ控制方法由基
于内模控制结构的Ａｎｔｉ—Ｗｉｎｄｕｐ方法改进而
㈣一 ２２．５
５ｘ Ｅ（ ㈤耋 的反馈结构的控制系统’其
ｙ－ 一 己一一 一 口
． １ ｎ ｌ一
图４基于滤波器的Ａｎｔｉ—Ｗｉｎｄｕｐ控制
图中，Ｆ（ ）为Ａｎｔｉ—Ｗｉｎｄｕｐ补偿环节，根据
饱和前后控制电压Ｕ和Ｄ的差值，对控制量进行
补偿，减小饱和非线性对回路的影响。
文献Ｅ７］给出了该方法的稳定性分析，文献
Ｅｓ］证明了在饱和非线性存在的条件下，该方法可
以使系统性能达到最优，通过合理地选择Ｆ（ｓ），
可以有效地提高系统性能，并给出了Ｆ（ｓ）的设计
原则。按照文献Ｅ８３给出的设计原则，结合位标器
预定回路模型参数，设计Ａｎｔｉ—Ｗｉｎｄｕｐ补偿环节
如式（５）所示。
ｎ Ｆ（５）一 ‘ ）
Ａｎｔｉ—Ｗｉｎｄｕｐ补偿后，回路的大信号阶跃响
应仿真结果如图５所示。 Ｃ
援
Ｈ＜
时同／ｓ
图５ 基于滤波器的Ａｎｔｉ—Ｗｉｎｄｕｐ阶跃响应
从仿真结果中可以看出，采用基于滤波器的
Ａｎｔｉ—Ｗｉｎｄｕｐ补偿后，回路的大信号阶跃响应超
调为零，调节时间减小，基于滤波器的Ａｎｔｉ—
Ｗｉｎｄｕｐ设计的回路性能优于基于饱和控制的
Ａｎｔｉ—Ｗｉｎｄｕｐ设计。 一．）／
哪 ８ 制 导与 引 信 第３２卷
３控制器实现及回路测试
线性控制律以及Ａｎｔｉ—Ｗｉｎｄｕｐ控制律可以
通过数字控制器方便地实现，数字控制器分为硬
件电路设计和软件算法设计。
３．１硬件电路
控制器硬件电路结构如图６所示。
……………一叠
－ｑＣＡＮｋ－－ 信号处理机
ＤＳＰ ・●—＋ ＦｐＧＡ 什
Ｉ ｌ、
图６控制器硬件电路结构
硬件电路主要由ＤＳＰ电路、ＦＰＧＡ电路、ＡＤ
采样电路、ＣＡＮ通信电路，功放驱动电路组成。
ＤＳＰ电路实现控制算法；ＦＰＧＡ电路完成ＤＳＰ与
外围电路的逻辑接口；ＡＤ电路完成电位器、测速
机信号的采集；ＣＡＮ通信电路实现与信号处理机
间指令和数据的传输；功放驱动电路采用ＰＷＭ 方式实现电机驱动。
３．２软件算法
线性控制律以及Ａｎｔｉ－Ｗｉｎｄｕｐ控制律是在 连续域内设计完成的，采用数字控制器实现需要
进行离散化设计。根据系统带宽和控制实时性要
求确定采样频率为１ ０００ Ｈｚ，按采样周期采用双
线性变换将连续域设计的控制律转化为离散域的
控制算法，最终通过ＤＳＰ的定时中断完成回路的
控制运算。
３．３ 回路测试
按上述设计结果，分别采用线性控制律、线性
控制律结合饱和控制Ａｎｔｉ—Ｗｉｎｄｕｐ、线性控制律
结合滤波器Ａｎｔｉ—Ｗｉｎｄｕｐ对雷达导引头伺服系
统预定回路进行控制，输人５Ｏ。预定信号，回路测 试结果如图７所示。
援 皇ｊ：ｆ Ｈ＜
鲥 趟
Ｈ＜ 时间／ｓ
ａ）５。预定角
时同／ｓ
ｂ）５０。预定角 图７回路测试结果
从测试结果可知，回路小角度位置预定时，回
路主要工作在线性区，线性控制律起主要作用，各
种控制方法控制效果相近，回路指标满足系统要
求；回路大角度位置预定时，驱动电压饱和非线性
对回路产生影响，单独使用线性控制律回路超调
增大，不满足系统要求，加入Ａｎｔｉ—Ｗｉｎｄｕｐ控制
律后超调降低，满足系统要求，基于滤波器的Ａｎ—
ｔｉ—Ｗｉｎｄｕｐ控制律补偿效果优于基于饱和控制
Ａｎｔｉ—Ｗｉｎｄｕｐ控制律。
４结论
对于雷达导引头伺服系统预定回路驱动电压
饱和非线性引起的Ｗｉｎｄｕｐ问题，基于饱和控制
的Ａｎｔｉ—Ｗｉｎｄｕｐ设计和基于滤波器的Ａｎｔｉ—
Ｗｉｎｄｕｐ设计能有效补偿饱和非线性影响，基于
滤波器的Ａｎｔｉ—Ｗｉｎｄｕｐ设计的补偿效果更优。
采用数字控制器设计能方便地实现两种Ａｎｔｉ—
Ｗｉｎｄｕｐ控制律，实验测试表明有效验证了不同
算法的性能。
（下转第１４页）
导弹电动舵机控制系统设计
计算机测量与控制．２０２１．２９（１１） 犆狅犿狆狌狋犲狉犕犲犪狊狌狉犲犿犲狀狋牔犆狅狀狋狉狅犾 军事装备测控技术·１１６ ·
收稿日期：２０２１０８１１； 修回日期：２０２１１０１７。作者简介：王世涛（１９７９），男，山东临沂人，博士，高级工程师，主要从事导弹控制与攻防对抗技术方向的研究。通讯作者：董海迪（１９８８），男，湖北武汉人，博士，讲师，主要从事导弹测试、故障诊断及性能评价方向的研究。引用格式：王世涛，董海迪．导弹电动舵机控制系统设计［Ｊ］．计算机测量与控制，２０２１，２９（１１）：１１６１２１，１４７．文章编号：１６７１４５９８（２０２１）１１０１１６０６ ＤＯＩ：１０．１６５２６／ｊ．ｃｎｋｉ．１１－４７６２／ｔｐ．２０２１．１１．０２１ 中图分类号：ＴＰ１８文献标识码：Ａ
导弹电动舵机控制系统设计
王世涛１，董海迪２
（１．中国人民解放军３１００２部队，北京 １００１６１；２．海军工程大学兵器工程学院，武汉 ４３００３０）
摘要：针对某型导弹现有电液伺服系统存在动态响应速度慢、结构复杂、可靠性差、使用维护困难等缺点，研究提出了一种以大功率无刷直流电机为控制对象的电流／位置／速度三闭环反馈控制系统设计方案；采用ＤＳＰ和ＦＰＧＡ的组合工作模式，其中ＤＳＰ内部主控制程序实现系统初始化、三闭环控制算法和产生ＰＷＭ信号等功能，ＦＰＧＡ则实现各功能电路的时序逻辑控制；通过构建由模拟制导计算机、１５５３Ｂ总线通讯网络和舵机控制系统组成的测试系统，验证了三闭环电动舵机控制系统设计方案的可行性；实验结果表明，该导弹电动舵机控制系统最大负载扭矩为７５Ｎ·ｍ，满载角速度为２００°／ｓ，调节时间小于７０ｍｓ（±１０°阶跃信号），动态相移小于５％（２°，１Ｈｚ），具有输出力矩大、响应速度快、控制精度高、使用寿命长和可维护性好等优点。关键词：电动舵机；无刷直流电机；原理样机；性能测试
自抗扰算法在导引头光电稳瞄系统中的应用雷海丽
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。对于导引头来说，因此存在建模不确定性、探测器输出频率及传感器测量噪声等因素，基于精准数学模型的现代控制理论在导引头的伺服机构的调试中会有先天的不足之处，如何快且精确的进行导引头的伺服控制一直是一个比较难以解决的问题。
全捷联导引头制导信息滤波算法及仿真
２０１５年１Ｏ月 第３３卷第５期 西北工业大学学报 Ｊｏｕｒｎａｌ ｏｆ Ｎｏｒｔｈｗｅｓｔｅｒｎ Ｐｏｌｙｔｅｃｈｎｉｃａｌ Ｕｎｉｖｅｒｓｉｔｙ Ｏｃｔ． ２０１５ Ｖｏ１．３３ Ｎｏ．５
全捷联导引头制导信息滤波算法及仿真
张韬 ，张希铭 ，王民钢 ，
（１．西北工业大学航天学院，陕西西安７１００７２；２．飞行控制与仿真技术研究所，陕西西安７１００７２）
摘 要：全捷联导引头存在制导所需的视线角速度信号不能直接测量的问题，基于无迹施密特卡尔曼
滤波器（ｕｎｓｃｅｎｔｅｄ Ｓｃｈｍｉｄｔ．Ｋａｌｍａｎ ｆｉｌｔｅｒ，ＵＳＫＦ）提出了一种全捷联导引头的制导信息提取算法。
ＵＳＫＦ对增广状态中的参数向量不进行校正，避免了参数观测误差过大对于滤波器性能的影响。在目 标机动及制导律有落角约束要求的条件下，对制导信息提取算法进行了仿真验证。仿真结果表明， ＵＳＫＦ滤波器性能优于传统非线性滤波器ＥＫＦ及ＵＫＦ，能够更准确地给出制导律所需信息，为全捷联
导引头方案提供了理论基础及工程应用参考。
关键词：全捷联寻的制导；无迹施密特卡尔曼滤波；弹道成型导引律
中图分类号：ＴＪ７６５．３ 文献标志码：Ａ 文章编号：１０００—２７５８（２０１５）０５－０７４４—０６
许多现代战术导弹都采用了惯性稳定平台式的
导引头，其跟踪及稳定回路中都少不了机械常平架。 因此这种体制具有如下缺点：①系统可靠性不高，生 产、装配、标定较复杂；②导致弹体的体积和质量大，
造价较高；③跟踪系统性能、万向架摩擦等因素皆会 影响视线角速率测量的准确性。
当代光电传感器技术不断进步，使得导引头光 学系统的瞬时视场足够大，不再需要机械常平架，于
是捷联导引头技术以及捷联寻的制导技术走向了实 际应用阶段。得益于机械平台及连接部件的消失，
导引头系统变得更加可靠。大的瞬时视场则使得视 线跟踪角速率不再受到限制；由摩擦导致的俯仰、方 位跟踪通道之间交叉耦合被有效消除；系统的结构
三维非线性预设性能制导律设计
第
４４卷
第
２期系统工程与电子技术
Ｖｏｌ．４４
Ｎｏ．２
２０２２年
２月
Ｓ
ｙｓｔｅｍｓＥｎ
ｇｉｎｅｅｒｉｎ
ｇａｎｄＥｌｅｃｔｒｏｎｉｃｓＦｅｂｒｕａｒ
ｙ
２０２２
文章编号：
１００１５０６Ｘ（２０２２）０２０６１９０９ 网址：ｗｗｗ．ｓ
ｙｓｅｌｅ．ｃｏｍ
收稿日期：２０２１０３１７；修回日期：２０２１０５０４；网络优先出版日期：２０２１０７０２。
网络优先出版地址：ｈｔｔ
ｐ：
∥／ｋｎｓ．ｃｎｋｉ．ｎｅｔ／ｋｃｍｓ／ｄｅｔａｉｌ／１１．２４２２．ＴＮ．２０２１０７０２．１０２８．００２．ｈｔｍｌ
基金项目：国家自然科学基金
（６１７０３４２１，６１８７３２７８）资助课题
通讯作者
．
引用格式：唐骁
，叶继坤
，李旭
．三维非线性预设性能制导律设计
［Ｊ］．系统工程与电子技术
，２０２２，４４（２）：６１９６２７．
犚犲犳犲狉犲狀犮犲犳狅狉犿犪狋：ＴＡＮＧＸ，ＹＥＪＫ，ＬＩＸ．Ｄｅｓｉ
ｇｎｏｆ３Ｄｎｏｎｌｉｎｅａｒ
ｐｒｅｓｃｒｉｂｅｄ
ｐｅｒｆｏｒｍａｎｃｅ
ｇｕｉｄａｎｃｅｌａｗ［Ｊ］．Ｓ
ｙｓｔｅｍｓＥｎ
ｇｉｎｅｅｒｉｎ
ｇａｎｄ
Ｅｌｅｃｔｒｏｎｉｃｓ，２０２２，４４（２）：６１９６２７．三维非线性预设性能制导律设计
唐
骁
，叶继坤
，李
旭
（空军工程大学防空反导学院，陕西西安
７１００５１）
摘
要：针对高速机动目标拦截，提出了一种末制导阶段预设性能制导律。首先，建立三维非线性拦截模型，
在俯仰和偏航两个平面中，将期望视线角和视线角速率选做状态量设计滑模动态面，在动态面控制的基础上，将
滑动模态误差利用误差转换函数转化为预设性能误差方程，设计制导律，驱动滑模变量按预设性能收敛。该制导
律能使制导顺利进行，满足终端视线角约束。然后，考虑视线角速率测量误差以及目标信息不确定性，建立有限
时间干扰观测器，保证了制导指令的执行。
关键词：滑模控制；预设性能控制；干扰观测器；三维制导律
红外成像导引头通用测试评估系统设计
龙源期刊网
红外成像导引头通用测试评估系统设计
作者：黄莉 杨博
来源：《航空兵器》2015年第03期
龙源期刊网
摘要： 为满足对新型红外导引系统的检测需求， 设计了一种基于PXI标准总线结构和多层软件开发平台的红外成像导引头通用测试评估系统， 该系统按照通用化的设计思想， 采用集成板卡构建虚拟仪器， 具有多通道高精度A/D、 D/A和数字I/O， 数据吞吐量较大， 能满足不同型号红外成像导引头的测试需求， 解决了红外成像导引头的测量与评估问题。
关键词： PXI总线； 通用化； 信号调理； 数据采集； 多层软件平台
中图分类号： TJ760.6文献标识码： A文章编号： 1673-5048（2015）03-0054-04
Design of a Universal Testing and Evaluation 龙源期刊网
System for Infrared Imaging Seeker
Huang Li， Yang Bo
（China Airborne Missile Academy， Luoyang 471009， China）
Abstract： In order to meet the testing demands of a new infrared seeker system， a universal
testing and evaluation system of infrared imaging seeker is designed， which bases on PXI standard
bus structure and multilayer software platform.According to the design idea of generalization， the
导引头目标模拟器设计与实现
ＶＤ１．３７，ＮＯ．１０ ０ｃｔ．２０１２ 火力与指挥控制 Ｆｉｒｅ Ｃｏｎｔｒｏｌ＆Ｃｏｍｍａｎｄ Ｃｏｎｔｒｏｌ 第３７卷第ｌＯ期 ２０１２年１０月
文章编号：１００２—０６４０（２０１２）１０—０１６５—０４
导引头目标模拟器设计与实现
张崇斌 ，白 云 ，龙振国。，钟 宇 （１．空军工程大学导弹学院，陕西三原 ７１３８００，２．解放军９５ｉ００部队装备部，广州 ５５１０４０）
摘要：作为雷达导引头半实物仿真系统中的重要组成部分，导引头目标模拟器主要用于产生包含目标距离、速度、角度 和功率等特征信息的回波信号，并能简单地模拟干扰信号。介绍了回波信号的特征原理，提出了导引头目标模拟器的设计实 现方法，着重说明了采用数字频率综合器（ＤＤＳ）和数字射频存储器（ＤＲＦＭ）方法模拟目标的速度和距离信息。该模拟器的实 现可以方便地对目标信号进行模拟，同时也具有较高的模拟精度。 关键词：目标模拟器，数字式频率综合器（ＤＤＳ），数字射频存储器（ＤＲＦＭ） 中国分类号：ＴＪ７６５．４ 文献标识码：Ａ
Ｄｅｓｉｇｎ ａｎｄ Ｉｍｐｌｅｍｅｎｔ ｏｆ Ｓｅｅｋｅｒ Ｔａｒｇｅｔ Ｓｉｍｕｌａｔｏｒ
ＺＨＡＮＧ Ｃｈｏｎｇ—ｂｉｎ ，ＢＡＩ Ｙｕｎ ，ＬＯＮＧ Ｚｈｅｎ—ｇｕｏ ，ＺＨＯＮＧ Ｙｕ
（１．Ｔｈｅ Ｍｉｓｓｉｌｅ Ｉｎｓｔｉｔｕｔｅ，Ａｉｒ Ｆｏｒｃｅ Ｅｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ Ｕｎｉｖｅｒｓｉｔｙ，Ｓａｎｙｕａｎ ７１３８００，Ｃｈｉｎａ， ２．Ｕｎｉｔ ９５１００ Ｅｑｕｉｐｍｅｒｉｔ Ｄｅｐａｒｔｍｅｎｔ，Ｇｕａｎｇｚｈｏｕ ５５１０４０，Ｃｈｉｎａ）
Ａｂｓｔｒａｃｔ：Ａｓ ａｎ ｉｍｐｏｒｔａｎｔ ｃｏｍｐｏｎｅｎｔ ｉｎ ｔｈｅ Ｒａｄａｒ Ｓｅｅｋｅｒ ＨＷＩＬ（ｈａｒｄｗａｒｅ－ｉｎ－ｔｈｅ—ｌｏｏｐ）ｓｉｍｕｌａｔｉｏｎ，
ｓｅｅｋｅｒ ｔａｒｇｅｔ ｓｉｍｕｌａｔｏｒ ｐｌａｙｓ ｔｈｅ ｉｍｐｏｒｔａｎｔ ｒｏｌｅ ｉｎ ｇｅｎｅｒａｔｉｎｇ ｓｉｍｐｌｅ ｊａｍｍｉｎｇ ｓｉｇｎａｌ ａｎｄ ｅｃｈｏ ｓｉｇｎａｌ ｗｈｉｃｈ
控制系统Anti-Windup设计综述
第ｌＯ卷第６期
２００６年１ １月 电 机 与 控 制 学 报
ＥＬＥＣＴＲＩ Ｃ ＭＡＣＨＩＮＥＳ ＡＮＤ ＣＯＮＴＲＯＬ Ｖｏ１．１Ｏ Ｎｏ．６
Ｎｏｖ．２００６
控制系统Ａｎｔｉ—Ｗｉｎｄｕｐ设计综述
杨 明 ＇ 徐殿国， 贵献国
（哈尔滨工业大学电气工程系，黑龙江哈尔滨
摘要：综述了Ａｎｔｉ—Ｗｉｎｄｕｐ算法的发展过程，以及大致的分类情况和各种方法的应用特点。不同
角度定义的Ｗｉｎｄｕｐ现象会产生不同类型的Ａｎｔｉ—Ｗｉｎｄｕｐ算法结构，大致可将其分为：线性结构和
非线性结构算法。线性结构算法又产生两种主要类型：传统的Ａｎｔｉ—ｒｅｓｅｔ Ｗｉｎｄｕｐ和条件作用。线
性结构Ａｎｔｉ—Ｗｉｎｄｕｐ算法一般符合两步法设计原则，但由于其分步设计原则，忽略了线性控制器和
非线性补偿环节是同时作用在系统闭环响应中，造成了系统综合困难，即补偿后的系统性能没有明
确的数学表达。针对这一问题，众多学者在线性结构算法的基础上提出了不同的设计方案，理论上
取得了许多成果，可以在补偿器设计的同时得到预期的动静态性能。但是，由于事先设计的算法过
于复杂，制约其在应用领域的推广，因而应用最为广泛的还是传统的Ａｎｔｉ—ｒｅｓｅｔ ｗｉｎｄｕｐ算法。如何
简化事先设计算法推广其应用或改进传统的Ａｎｔｉ—ｒｅｓｅｔ ｗｉｎｄｕｐ算法直接获取最优补偿效果将是今
后该领域研究的主要方向。
关键词：Ａｎｔｉ．Ｗｉｎｄｕｐ；饱和非线性；系统综合
中图分类号：ＴＭ３５１ 文献标识码：Ａ 文章编号：１Ｏ０７—４４９Ｘ（２００６）０６—０６２２—０５
Ｒｅｖｉｅｗ ｏｆ ｃｏｎｔｒｏｌ ｓｙｓｔｅｍ Ａｎｔｉ－Ｗｉｎｄｕｐ ｄｅｓｉｇｎ
ＹＡＮＧ Ｍｉｎｇ，ＸＵ Ｄｉａｎ—ｇｕｏ， ＧＵＩ Ｘｉａｎ—ｇｕｏ
（Ｄｅｐｔ．ｏｆ Ｅｌｅｃｔｒｉｃａｌ Ｅｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ，Ｈａｒｂｉｎ Ｉｎｓｔｉｔｕｔｅ ｏｆ Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ，Ｈａｒｂｉｎ １５０００１，Ｃｈｉｎａ）
导引头伺服控制系统设计与开发
导引头伺服控制系统设计与开发
导引头伺服控制系统设计与开发
一、引言
导引头是一种用于精确指向并追踪目标的装置，广泛应用于导弹、火箭、飞机等领域。其中，导引头伺服控制系统是导引头能够实现精确指向目标的核心部件。本文将围绕导引头伺服控制系统的设计与开发展开探讨。
二、系统架构
导引头伺服控制系统的架构主要包括传感器、信号处理单元、控制算法和执行器。传感器负责感知导引头与目标之间的相对位置，将信号传递给信号处理单元进行处理。信号处理单元对传感器信号进行滤波和放大等处理，提取出目标相关的信息。控制算法根据目标信息和系统状态，计算出合适的控制策略，并发送给执行器执行。执行器通过控制导引头的姿态，并通过反馈信号实现闭环控制。
三、传感器选择
在导引头伺服控制系统中，传感器起到了关键的作用。传感器的选择应考虑到性能要求和实际应用需求。一种常用的传感器是陀螺仪，它可以测量导引头的角度和角速度，提供精确的姿态信息。另外，加速度计可以提供导引头的线加速度信息，进一步提高系统的稳定性和精度。
四、信号处理
信号处理是保证传感器信号质量的重要一环。通过信号处理，我们可以滤除噪声、提取目标信息，进而更好地进行控制。一种常用的信号处理方法是卡尔曼滤波，它能够估计出系统的状态，并预测未来的状态。同时，为了提高系统的实时性，还可采用数字信号处理方法，如快速傅里叶变换等。
五、控制算法
在导引头伺服控制系统中，控制算法是决定导引头姿态的关键因素。常用的控制算法包括比例积分微分（PID）控制、模糊控制和自适应控制等。PID控制是一种经典的控制算法，通过调节比例、积分和微分三个参数，实现对系统的准确控制。模糊控制通过模糊逻辑和模糊规则，根据输入的误差和误差变化率输出一个模糊的控制量。自适应控制则通过监测系统的动态性能和稳定性，根据实时的系统状态自适应地调整控制参数。
六、执行器设计
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
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+Kr
u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。
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 2
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。