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1、高精度目標(biāo)檢測(cè)、快速響應(yīng)的直接側(cè)向力制導(dǎo)與控制技術(shù),是動(dòng)能攔截器實(shí)現(xiàn)對(duì)目標(biāo)直接碰撞攔截的關(guān)鍵。由于采用成像導(dǎo)引頭,彈-目相對(duì)距離、相對(duì)速度無法直接測(cè)量,只能利用導(dǎo)引頭測(cè)量得到的角度信息對(duì)其進(jìn)行估計(jì),受到可觀性的限制,估計(jì)精度有限,因此,必須設(shè)計(jì)對(duì)估計(jì)誤差具有較好魯棒性的導(dǎo)引律。此外,攔截器的姿態(tài)控制和軌道控制都是通過安裝在彈體上脈沖發(fā)動(dòng)機(jī)實(shí)現(xiàn)的,由于發(fā)動(dòng)機(jī)只能提供常值推力,因此,設(shè)計(jì)控制律時(shí)必須考慮控制量的特點(diǎn)。已有研究結(jié)果表明,預(yù)測(cè)控
2、制方法是解決控制受限問題最有效的方法,而且預(yù)測(cè)導(dǎo)引律對(duì)于大氣層外攔截器來說也是一種性能優(yōu)越的導(dǎo)引律,研究基于預(yù)測(cè)控制方法的制導(dǎo)控制問題具有重要的理論意義和實(shí)際工程價(jià)值。
本文針對(duì)大氣層外攔截器的工作特點(diǎn),對(duì)基于預(yù)測(cè)控制的開關(guān)式制導(dǎo)控制規(guī)律進(jìn)行了研究。
首先,結(jié)合大氣層外攔截器結(jié)構(gòu)和執(zhí)行機(jī)構(gòu)特點(diǎn),建立了攔截器制導(dǎo)和控制問題的數(shù)學(xué)描述。在姿態(tài)控制建模中考慮了軌控發(fā)動(dòng)機(jī)安裝的推力偏心和質(zhì)心漂移引起的干擾力矩。根據(jù)捷聯(lián)成像系
3、統(tǒng)的工作原理,給出了制導(dǎo)控制需要的慣性視線轉(zhuǎn)率和慣性視線角的提取算法,為制導(dǎo)控制規(guī)律設(shè)計(jì)及仿真研究奠定了基礎(chǔ)。
其次,應(yīng)用非線性系統(tǒng)可觀性分析方法分析了彈-目相對(duì)距離的可觀性,揭示了系統(tǒng)可觀性矩陣奇異值與可觀性之間的關(guān)系。結(jié)合被動(dòng)測(cè)距的特點(diǎn)及末制導(dǎo)要求,提出了應(yīng)用滾動(dòng)時(shí)域?yàn)V波方法進(jìn)行彈-目相對(duì)距離估計(jì)時(shí)誤差界的計(jì)算方法,并對(duì)濾波器參數(shù)的選擇方法進(jìn)行了研究。
再次,對(duì)于開關(guān)控制輸入線性系統(tǒng),提出了一種魯棒變時(shí)域預(yù)測(cè)控制
4、方法,應(yīng)用約束“緊縮”的方法,通過適當(dāng)?shù)恼{(diào)整約束集,在保證算法魯棒性的同時(shí),大大降低了算法的在線計(jì)算量,給出了開關(guān)控制量情況下,預(yù)測(cè)控制優(yōu)化問題可行解的構(gòu)造方法,并給出了系統(tǒng)狀態(tài)進(jìn)入給定目標(biāo)集的最大步數(shù)。為了保證開關(guān)控制輸入系統(tǒng)的穩(wěn)定性,提出了魯棒控制不變集的構(gòu)造方法??紤]導(dǎo)引頭視場(chǎng)約束條件下,應(yīng)用提出的預(yù)測(cè)控制方法設(shè)計(jì)了開關(guān)式姿態(tài)控制律,解決了干擾力矩存在情況下目標(biāo)脫離視場(chǎng)問題。
然后,對(duì)于開關(guān)控制輸入不確定非線性系統(tǒng),提出
5、了一種基于Fliess函數(shù)展開的預(yù)測(cè)控制方法。應(yīng)用非線性系統(tǒng)的Fliess函數(shù)展開方法,推導(dǎo)了系統(tǒng)輸出預(yù)測(cè)值與系統(tǒng)當(dāng)前時(shí)刻狀態(tài)、不確定性以及開關(guān)控制輸入之間的關(guān)系。在此基礎(chǔ)上,通過選擇二次型代價(jià)函數(shù),給出了預(yù)測(cè)控制所對(duì)應(yīng)優(yōu)化問題的描述??紤]到有界不確定性情況,提出了一種應(yīng)用非線性規(guī)劃求解優(yōu)化問題的方法,有效地解決了開關(guān)控制輸入不確定非線性系統(tǒng)的設(shè)計(jì)問題。應(yīng)用本文所提出的預(yù)測(cè)控制方法設(shè)計(jì)了開關(guān)式導(dǎo)引律。在開關(guān)式導(dǎo)引律設(shè)計(jì)過程中,考慮了彈-
6、目相對(duì)距離的估計(jì)誤差和導(dǎo)引頭測(cè)量噪聲,將其作為不確定性進(jìn)行考慮,推導(dǎo)了所設(shè)計(jì)導(dǎo)引律對(duì)應(yīng)的開關(guān)曲線,在此基礎(chǔ)上,應(yīng)用Lyapunov方法證明了末制導(dǎo)系統(tǒng)是有限時(shí)間穩(wěn)定的。
最后,對(duì)某型大氣層外攔截器制導(dǎo)控制規(guī)律設(shè)計(jì)進(jìn)行了研究。根據(jù)給定的系統(tǒng)參數(shù)和指標(biāo)要求,確定了控制設(shè)計(jì)時(shí)的一些主要參數(shù)。在此基礎(chǔ)上,應(yīng)用本文提出的方法設(shè)計(jì)了開關(guān)式姿態(tài)控制律和導(dǎo)引律,并對(duì)整個(gè)開關(guān)式制導(dǎo)控制系統(tǒng)的穩(wěn)定性進(jìn)行了分析。通過仿真分析,研究了推力偏心、質(zhì)心漂
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