International Journal of Aeronautical and Space Sciences
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제12권3호
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pp.260-265
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2011
In this paper, integrated missile guidance and control systems using time-delay control (TDC) are developed. The next generation missile requires that an interceptor hits the target, maneuvering with small miss-distances, and has lower weight to reduce costs. This is possible if the synergism existing between the guidance and control subsystems is exploited by the integrated controller. The TDC law is a robust control technique for nonlinear systems, and it has a very simple structure. The feature of TDC is to directly estimate the unknown dynamics and the unexpected disturbance using one-step time-delay. To investigate the performance of the integrated controller, numerical simulations are performed as the maneuver of the target. The results show that the integrated guidance and control system has a good performance.
This paper proposes an observer-based method for adaptive nonlinear guidance. Previously, adaptive nonlinear guidance law is proposed considering target maneuver and control loop dynamics. However, several information of this guidance law is not available, and therefore needs to be estimated for more practical application. Accordingly, considering the unavailable information as bounded time-varying uncertainties, an integrated guidance and control model is re-formulated in normal form with respect to available states including target uncertainties and control loop dynamics. Then, a nonlinear observer is designed based on the integrated guidance and control model. Finally, using the estimates for states and uncertainties, an observer-based adaptive guidance law is proposed to guarantee the desired interception performance against maneuvering target. The proposed approach can be effectively used against target maneuver and the limited performance of control loop. The stability analyses and simulations of the proposed observer and guidance law are included to demonstrate the practical application of our scheme.
The guidance controller of the conventional aircraft consists of inner-loop (autopilot) and outer-loop (guidance). If the guidance controller can be designed as an integrated guidance and control (IGC), the various advantages exist. The integrated guidance and control formulation can compensate for the effect of autopilot lag. An integrated approach also helps avoid the iterative procedure involved in tuning the guidance and autopilot subsystems, if designed separately. Integrated design is also less susceptible to saturation and stability problems. This paper presents an approach to IGC design for the unpowered air vehicle with the only flaperon using a combination of adaptive output feedback inversion and backstepping techniques. Adaptive neural networks are trained online with available measurements to compensate for unmodeled nonlinearities in the design process.
This paper proposes a new nonlinear adaptive guidance law. Fourth order state equation for integrated guidance and control loop is formulated considering target uncertainties and control loop dynamics. The state equation is further changed into the normal form by nonlinear coordinate transformation. An adaptive nonlinear guidance law is proposed to compensate for the uncertainties In both target acceleration and control loop dynamics. The proposed law adopts the sliding mode control approach with adaptation fer unknown bound of uncertainties. The present approach can effectively solve the existing guidance problem of target maneuver and the limited performance of control loop. We provide the stability analyses and demonstrate the effectiveness of our scheme through simulations.
International Journal of Aeronautical and Space Sciences
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제13권1호
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pp.90-98
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2012
In this paper, the Integrated Guidance and Control (IGC) law is proposed for the Rotary Unmanned Aerial Vehicle (RUAV). The objective of the IGC law is to consider the nonlinear dynamic characteristics of the RUAV and to design a guidance law which takes into consideration the nonlinear relationship between kinematics and dynamics. In order to control the RUAV system, sliding mode control scheme is adopted. As the RUAV is an under-actuated system, a slack variable approach is used to generate the available control inputs. Through the Lyapunov stability theorem, the stability of the proposed IGC law is proved. In order to verify the performance of the IGC law, numerical simulations are performed for waypoint tracking missions.
통합유도조종(IGC, Integrated Guidance and Control)은 기존의 분리형 유도조종루프의 성능한계를 극복하기 위해 제안된 개념이다. 본 논문에서는 입사각제어가 가능한 새로운 형태의 IGC 기법을 제안하였다. 제안된 IGC는 자동조종성능과 유도성능을 동시에 얻기 위해 받음각, 피치각속도, 피치각, 시선각을 상태변수로 고려한다. 제안된 IGC의 제어특성을 고찰하기 위하여 비선형 상태방정식에 대한 가제어성 해석 및 평형점 해석을 수행 하였다. IGC 모델에 대한 제어기법으로는 LQR(Linear Quadratic Regulator)을 사용하였으며 LQR을 IGC에 적용하기 위한 방법을 상세하게 설명하였다. 수치 시뮬레이션을 통해 분리형 유도조종루프와 IGC의 성능을 비교하였다. 성능 비교 결과 IGC는 급격한 기동이 필요한 유도기하에 대하여 분리형 유도조종루프에 비해 우수한 유도성능을 보임을 확인하였다.
In this paper, the guidance law applicable to formation flight of UAV in three-dimensional space is proposed. The concept of miss distance, which is commonly used in the missile guidance laws, and Lyapunov stability theorem are effectively combined to obtain the guidance commands of the wingmen. The propose guidance law is easily integrated into the existing flight control system because the guidance commands are given in terms of velocity, flight path angle and heading angle to form the prescribed formation. In this guidance law, communication is required between the leader and the wingmen to achieve autonomous formation. The wingmen are only required the current position and velocity information of the leader vehicle. The performance of the proposed guidance law is evaluated using the complete nonlinear 6-DOF aircraft system. This system is integrated with nonlinear aerodynamic and engine characteristics, actuator servo limitations for control surfaces, various stability and control augmentation system, and autopilots. From the nonlinear simulation results, the new guidance law for formation flight shows that the vehicles involved in formation flight are perfectly formed the prescribed formation satisfying the several constraints such as final velocity, flight path angle, and heading angle.
International Journal of Aeronautical and Space Sciences
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제16권2호
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pp.278-294
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2015
Considering the guidance and control problem of the near space interceptor (NSI) during the terminal course, this paper proposes a three-channel independent integrated guidance and control (IGC) scheme based on the backstepping sliding mode and finite time disturbance observer (FTDO). Initially, the three-channel independent IGC model is constructed based on the interceptor-target relative motion and nonlinear dynamic model of the interceptor, in which the channel coupling term and external disturbance are regarded as the total disturbances of the corresponding channel. Then, the FTDO is introduced to estimate the target acceleration and control system loop disturbances, and the feed-forward compensation term based on the estimated values is employed to effectively remove the effect of disturbances in finite time. Subsequently, the IGC algorithm based on the backstepping sliding mode is also given to obtain the virtual control moment. Furthermore, a robust least-squares weighted control allocation (RLSWCA) algorithm is employed to distribute the previous virtual control moment among the corresponding aerodynamic fins and reaction jets, which also takes into account the uncertainty in the control effectiveness matrix. Finally, simulation results show that the proposed IGC method can obtain the small miss distance and smooth interceptor trajectories.
International Journal of Control, Automation, and Systems
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제6권3호
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pp.460-466
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2008
This paper deals with the stability analysis of a missile guidance loop employing an integrated proportional navigation guidance law. The missile guidance loop is formulated as a closed-loop control system consisting of a linear time-invariant feed-forward block and a time-varying feedback gain. Based on the circle criterion, we have defined the concept of absolute stability margins and obtained the gain and phase margins for the system assuming 1 st order missile/autopilot dynamics. The correlation between the absolute stability margins and the margins derived from the frozen system analysis is also discussed.
A guidance kit transforming a general purpose bomb into an air-to-surface gliding bomb was developed. This guidance kit consists of a flight kit and a tail kit. Flight kit contains deployable wing, GPS/INS integrated navigation system, guidance and control system. Also this guidance kit was designed to use neither electrical nor mechanical interface with aircraft, and to increase dramatically the survivabilities of pilot and aircraft with the high accuracy and the mid-range non-powered gliding capability.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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