三維魯棒非線性導(dǎo)引律設(shè)計若干問題研究.pdf

1、大機動目標(biāo)的的攔截問題是導(dǎo)彈導(dǎo)引律設(shè)計的重要課題之一。導(dǎo)彈與目標(biāo)的相對運動的動力學(xué)模型和運動學(xué)模型是具有強非線性的數(shù)學(xué)模型，在攔截大機動目標(biāo)時，由于執(zhí)行器或傳感器的能力有限，存在輸入受限或測量信息不全的情況，這就更加增加了設(shè)計基于不完整測量信息和輸入飽和的導(dǎo)引律的要求。本文以尋的導(dǎo)彈攔截大機動目標(biāo)為背景，研究了考慮測量信息不全、輸入飽和、目標(biāo)大機動性、執(zhí)行器失效及額外擾動等因素情形下的導(dǎo)引律設(shè)計問題，主要類容包括:
　　本文首先在

2、所需測量信息都可靠的情況下，研究了能夠抗目標(biāo)機動性、額外擾動、執(zhí)行器輸入限制和執(zhí)行器部分失效的導(dǎo)引律設(shè)計問題。針對大機動目標(biāo)攔截問題，首先考慮執(zhí)行器部分失效、額外擾動和目標(biāo)機動性因素，而不考慮輸入限制因素前提下，基于輸入-狀態(tài)穩(wěn)定性(Iss)理論和零化視線角速率思想設(shè)計了使得角速率針對機動目標(biāo)具有ISS穩(wěn)定性的容錯導(dǎo)引律，通過理論分析說明該導(dǎo)引律使得視線角速率收斂到零點的任意小鄰域內(nèi)，并通過仿真實驗驗證了其的有效性。然后，通過構(gòu)造新型飽

3、和函數(shù)，改造ISS容錯導(dǎo)引律，使其具有對抗輸入限制的特性，利用Lyapunov穩(wěn)定性理論嚴(yán)格保證了輸入飽和限制下的該導(dǎo)引律的穩(wěn)定性，理論分析和數(shù)學(xué)仿真表明加入新型飽和函數(shù)之后依然能夠保證該ISS容錯導(dǎo)引律的性能。然后，在簡單考慮輸入限制的情況下，研究了測量信息不完整的情況下的僅基于視線角測量信息的導(dǎo)引律設(shè)計和實現(xiàn)問題。在實際導(dǎo)彈攔截機動目標(biāo)的問題中，測量得到的視線角速率可能混雜了導(dǎo)彈自身的姿態(tài)角速率信息而不準(zhǔn)確，并且普通的雷達(dá)很難獲得精

4、確的視線角速率信息，從而影響了導(dǎo)引律的精度和實現(xiàn)。另外，更多的傳感器使得系統(tǒng)更加復(fù)雜。先設(shè)計不考慮輸入限制因素的，僅需要視線角速率測量信息的導(dǎo)引律。然后，在該導(dǎo)引律的基礎(chǔ)上設(shè)計H∞觀測器對視線角速率進(jìn)行估計，最終得到僅僅基于視線角測量信息的三維魯棒非線性導(dǎo)引律，并且在引入H∞觀測器前提下，視線角速率和觀測誤差的平衡點具有ISS穩(wěn)定性，理論分析和數(shù)值仿真表明基于H∞觀測器的導(dǎo)引律具有重現(xiàn)ISS穩(wěn)定性的能力。再后，研究了同時考慮輸入飽和和測

5、量信息不完整的情況下的導(dǎo)引律設(shè)計問題。利用基于死區(qū)算子的飽和模型描述導(dǎo)引律控制系統(tǒng)中的飽和現(xiàn)象，并且采用ISS穩(wěn)定性原理和反步設(shè)計法設(shè)計了針對視線角速率全局ISS穩(wěn)定的導(dǎo)引律。理論分析說明在該控制律作用下，通過調(diào)節(jié)參數(shù)，能夠使視線角速率收斂到任意小的鄰域內(nèi)。最后，通過設(shè)計H∞觀測器對視線角速率進(jìn)行估計，獲得基于視線角、相對速率和相對距離測量信息，既能處理控制輸入飽和非線性，又能抑制目標(biāo)機動性的抗輸入飽和的三維非線性導(dǎo)引律。更進(jìn)一步，考慮