魯棒非線性導引與控制律一體化設計研究.pdf

1、精確打擊能力是現(xiàn)代國防對導彈武器的要求，飛行控制和制導算法是實現(xiàn)導彈精確打擊目標的關鍵所在。導引與控制一體化設計可綜合協(xié)調(diào)各個子系統(tǒng)之間的關系，確保級聯(lián)系統(tǒng)整體上具有穩(wěn)定性，從而能夠充分挖掘導彈的潛力，提高導彈的精確打擊能力。本文以尋的導彈打擊機動或地面固定目標為背景，研究了不基于視線角速率測量信息的導引規(guī)律和末制導階段的導引與控制一體化模型和設計方法，主要內(nèi)容包括:
　　 首先，研究了導彈導引與控制一體化非線性模型。在導彈六自

2、由度非線性模型和導彈與目標相對運動模型的基礎上，通過坐標變換，以導彈在彈道坐標系和視線坐標系中的加速度分量為橋梁，考慮所攔截目標具有機動飛行的能力，建立了導引與控制一體化非線性模型。該模型不僅可反映導彈與目標的相對運動關系，也可體現(xiàn)導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引律設計問題?？紤]機動目標攔截問題，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)理論設計了一種使視線角速率對目標機動具有ISS穩(wěn)定性的導引律(ISS導引律)，理論分析表明這種導引律可通過調(diào)節(jié)系數(shù)使視線角速率收斂到零點的任意小鄰域內(nèi)，并通過數(shù)值仿真驗證了該導引律的有效性。在實際空戰(zhàn)中，測量得到的視線角速率可能混雜了導彈自身的姿態(tài)角速率，這使得視線角速率的測量值不準確，從而影響制導精度，因此本文在上述的ISS導引律的基礎上引入高增益觀測器對視線角速率進行估計，理論分析和數(shù)值仿真表明這種加入了觀測器的導引律可重現(xiàn)

4、ISS導引律的性能。
　　 然后，將導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)導引與控制律的一體化設計問題。針對俯仰平面內(nèi)具有單控制輸入（俯仰舵）的導彈打擊高速機動目標問題，利用反步設計法設計了一體化導引-控制律，并結合自適應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，可能會使導彈的機動能力受到限制，特別是對于彈體較長的導彈，若同時使用俯仰舵和尾翼對導彈進行操控則可增強其機動能力，因此針

5、對俯仰平面內(nèi)具有俯仰舵和尾翼的導彈打擊地面固定目標問題，在不忽略舵面對攻角直接影響的情況下，利用小增益定理設計了可使導彈以一定角度準確打擊目標的導引與控制方案，并證明了將其與ISS導引律結合后，也可用于打擊機動目標。本文所設計的一體化導引-控制律均不基于視線與導彈速度方向夾角很小的假設，理論分析和數(shù)值仿真表明，所設計的一體化導引-控制律在獲得滿意打擊效果的同時可確保由導彈的導引系統(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，研究了近似的導引與控制系統(tǒng)一體化設計問題。由于三維的導引與控制一體化模型較為復雜，直接基于此模型設計三維的一體化導引-控制律比較困難，為了提高導彈的打擊能力，可設計近似的一體化導引-控制律——在設計導引律時考慮導彈控制系統(tǒng)的動態(tài)特性和不確定性。本文在導彈控制系統(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計法和小增益定理在彈道坐標系中研究了近似的三維導引與控制設計問題，所設計