魯棒非線性導(dǎo)引與控制律一體化設(shè)計(jì)研究.pdf

1、精確打擊能力是現(xiàn)代國防對導(dǎo)彈武器的要求，飛行控制和制導(dǎo)算法是實(shí)現(xiàn)導(dǎo)彈精確打擊目標(biāo)的關(guān)鍵所在。導(dǎo)引與控制一體化設(shè)計(jì)可綜合協(xié)調(diào)各個子系統(tǒng)之間的關(guān)系，確保級聯(lián)系統(tǒng)整體上具有穩(wěn)定性，從而能夠充分挖掘?qū)椀臐摿Γ岣邔?dǎo)彈的精確打擊能力。本文以尋的導(dǎo)彈打擊機(jī)動或地面固定目標(biāo)為背景，研究了不基于視線角速率測量信息的導(dǎo)引規(guī)律和末制導(dǎo)階段的導(dǎo)引與控制一體化模型和設(shè)計(jì)方法，主要內(nèi)容包括:
　　 首先，研究了導(dǎo)彈導(dǎo)引與控制一體化非線性模型。在導(dǎo)彈六自

2、由度非線性模型和導(dǎo)彈與目標(biāo)相對運(yùn)動模型的基礎(chǔ)上，通過坐標(biāo)變換，以導(dǎo)彈在彈道坐標(biāo)系和視線坐標(biāo)系中的加速度分量為橋梁，考慮所攔截目標(biāo)具有機(jī)動飛行的能力，建立了導(dǎo)引與控制一體化非線性模型。該模型不僅可反映導(dǎo)彈與目標(biāo)的相對運(yùn)動關(guān)系，也可體現(xiàn)導(dǎo)彈在飛行過程中姿態(tài)變量（攻角、俯仰角及其角速率等）的變化。
　　 其次，研究了不基于視線角速率測量信息的三維導(dǎo)引律設(shè)計(jì)問題?？紤]機(jī)動目標(biāo)攔截問題，首先在所有狀態(tài)都可測的情況下，基于輸入-狀態(tài)穩(wěn)定性(

3、ISS)理論設(shè)計(jì)了一種使視線角速率對目標(biāo)機(jī)動具有ISS穩(wěn)定性的導(dǎo)引律(ISS導(dǎo)引律)，理論分析表明這種導(dǎo)引律可通過調(diào)節(jié)系數(shù)使視線角速率收斂到零點(diǎn)的任意小鄰域內(nèi)，并通過數(shù)值仿真驗(yàn)證了該導(dǎo)引律的有效性。在實(shí)際空戰(zhàn)中，測量得到的視線角速率可能混雜了導(dǎo)彈自身的姿態(tài)角速率，這使得視線角速率的測量值不準(zhǔn)確，從而影響制導(dǎo)精度，因此本文在上述的ISS導(dǎo)引律的基礎(chǔ)上引入高增益觀測器對視線角速率進(jìn)行估計(jì)，理論分析和數(shù)值仿真表明這種加入了觀測器的導(dǎo)引律可重現(xiàn)

4、ISS導(dǎo)引律的性能。
　　 然后，將導(dǎo)引與控制一體化模型簡化為平面模型后，研究了俯仰平面內(nèi)導(dǎo)引與控制律的一體化設(shè)計(jì)問題。針對俯仰平面內(nèi)具有單控制輸入（俯仰舵）的導(dǎo)彈打擊高速機(jī)動目標(biāo)問題，利用反步設(shè)計(jì)法設(shè)計(jì)了一體化導(dǎo)引-控制律，并結(jié)合自適應(yīng)控制方法處理模型中的非線性。由于俯仰舵在攻角較大的情況下具有氣動飽和特性，可能會使導(dǎo)彈的機(jī)動能力受到限制，特別是對于彈體較長的導(dǎo)彈，若同時使用俯仰舵和尾翼對導(dǎo)彈進(jìn)行操控則可增強(qiáng)其機(jī)動能力，因此針

5、對俯仰平面內(nèi)具有俯仰舵和尾翼的導(dǎo)彈打擊地面固定目標(biāo)問題，在不忽略舵面對攻角直接影響的情況下，利用小增益定理設(shè)計(jì)了可使導(dǎo)彈以一定角度準(zhǔn)確打擊目標(biāo)的導(dǎo)引與控制方案，并證明了將其與ISS導(dǎo)引律結(jié)合后，也可用于打擊機(jī)動目標(biāo)。本文所設(shè)計(jì)的一體化導(dǎo)引-控制律均不基于視線與導(dǎo)彈速度方向夾角很小的假設(shè)，理論分析和數(shù)值仿真表明，所設(shè)計(jì)的一體化導(dǎo)引-控制律在獲得滿意打擊效果的同時可確保由導(dǎo)彈的導(dǎo)引系統(tǒng)和控制系統(tǒng)組成的綜合系統(tǒng)具有穩(wěn)定性。
　　 最后

6、，本文在考慮導(dǎo)彈控制系統(tǒng)動態(tài)特性和不確定性的情況下，研究了近似的導(dǎo)引與控制系統(tǒng)一體化設(shè)計(jì)問題。由于三維的導(dǎo)引與控制一體化模型較為復(fù)雜，直接基于此模型設(shè)計(jì)三維的一體化導(dǎo)引-控制律比較困難，為了提高導(dǎo)彈的打擊能力，可設(shè)計(jì)近似的一體化導(dǎo)引-控制律——在設(shè)計(jì)導(dǎo)引律時考慮導(dǎo)彈控制系統(tǒng)的動態(tài)特性和不確定性。本文在導(dǎo)彈控制系統(tǒng)可近似為一階環(huán)節(jié)和二階環(huán)節(jié)的情況下，分別利用分塊反步設(shè)計(jì)法和小增益定理在彈道坐標(biāo)系中研究了近似的三維導(dǎo)引與控制設(shè)計(jì)問題，所設(shè)計(jì)