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主题

1 篇 气动非线性特性
1 篇 模型不确定性
1 篇 次优滑模控制
1 篇 时间尺度分离
1 篇 防空导弹

机构

1 篇 航天科工集团第二...

作者

1 篇 李宗星

语言

1 篇 中文

检索条件"主题词=次优滑模控制"

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详细简洁

排序：

带有气动非线性特性的防空导弹稳定控制方法研究

带有气动非线性特性的防空导弹稳定控制方法研究

引用

作者：李宗星航天科工集团第二研究院

学位级别：博士

为应对高速、高机动的空中目标，新一代防空导弹对于导弹控制系统的快速性和稳定性提出了更高的要求。为提高导弹的性能，小弹翼等气动外形得到快速发展，弹体非线性特性也越发明显，因此研究防空导弹的非线性稳定控制方法设计是具有实... 详细信息

为应对高速、高机动的空中目标，新一代防空导弹对于导弹控制系统的快速性和稳定性提出了更高的要求。为提高导弹的性能，小弹翼等气动外形得到快速发展，弹体非线性特性也越发明显，因此研究防空导弹的非线性稳定控制方法设计是具有实际工程意义和价值的。本文以带有气动非线性特性的防空导弹弹体模型为研究对象，围绕时变次优滑模控制方法、基于时间尺度分离的控制律分解设计方法、考虑不确定项影响的自适应控制方法和基于滑模设计的直/气复合控制方法等方面展开研究，各部分主要内容如下:　　本文建立了防空导弹稳定控制系统的数学模型。针对建立弹体运动模型的需要，给出了常用坐标系定义及各坐标系间的转换关系。在此基础上，建立了包括质心运动的动力学方程和绕质心转动的动力学方程在内的防空导弹被动段完整六自由度运动模型，作为后续仿真的基础。然后，对模型中包括通道耦合非线性、气动非线性在内的弹体非线性特性的影响进行分析。最后经过分析，本文重点研究气动非线性特性对控制律设计的影响，通过导弹稳定控制系统模型的简化处理，获得保留气动非线性的单通道弹体模型，作为后续研究的基础。　　本文研究了攻角非线性影响下的导弹时变次优滑模控制方法。区别于传统数值方法求解次优滑模面，本文通过解析方法求解状态相关黎卡提方程，获得了次优滑模面的解析解，并基于李雅普诺夫方法给出了非线性滑模面内渐近稳定的充分条件。然后，基于伪攻角反馈结构对所设计的非线性次优滑模控制律进行调整，给出控制律中各控制参数随攻角变化的解析函数关系，为实际工程中非线性导弹稳定控制系统的设计提供了理论依据。最后，考虑执行机构幅值约束对系统控制性能的不利影响，引入抗饱和控制设计获得改进滑模控制律，有效抑制了舵偏饱和问题的出现。　　本文研究了基于时间尺度分离的导弹非线性控制律分解设计方法。为直观表征非线性弹体模型下控制参数与系统响应特性间的关系，并将带宽比例设计思路拓展到非线性控制方法中，本文通过时间尺度分离参数和稳态流形的应用，将控制输入分解为各子系统下的子控制律分别进行设计。在此基础上，基于攻角反馈和俯仰角速度反馈构造二维反馈控制结构，并通过归一化修正系数的引入，实现了闭环系统的无静差跟踪，验证了时间尺度分离设计的可行性。针对二维反馈控制律鲁棒性不足的问题，分别提出了两种改进控制方法:通过对慢动态子系统扩维，并利用状态相关黎卡提方程的解析解，研究了基于次优理论的时间尺度分离控制方法;通过在快动态子系统中引入滑模变量，利用滑模收敛设计实现了俯仰角速度的跟踪，研究了基于滑模方法的时间尺度分离控制方法。两种改进控制方法均改善了系统的鲁棒性，实现了对模型偏差的抑制。　　本文研究了两类考虑模型不确定项的自适应控制问题:不确定项可参数化情况下，基于响应特性优化的自适应控制问题;在混合不确定项影响下，导弹控制系统的自适应控制问题。针对非线性模型中存在可参数化不确定项的情况，基于状态相关黎卡提方程的解析解和次优参考模型设计了模型参考自适应控制律，并基于李雅普诺夫方法证明了指令跟踪误差和参数估计误差的有界性，解决了不确定参数影响下系统动态响应特性的优化问题。针对一类部分不确定项结构未知的非线性弹体模型，在基于时间尺度分解设计的基础上，通过引入非线性观测器，弥补了自适应控制仅适用于可参数化不确定性的缺陷。该控制方法克服了混合不确定项的影响，保证了系统对指令的有效跟踪。　　本文在直接力/气动力复合控制的弹体模型下，研究了考虑气动非线性影响的导弹次优滑模控制方法。针对攻角非线性特性对直接力与气动力协调机制的影响问题，本文提出了一种以次优滑模变量为驱动，根据攻角反馈在线调整直接力与气动力所占比重的复合控制方法。首先，针对过载指令为零的情况，结合滑模方法和次优设计，提出了一种基于虚拟输入的直接力/气动力协调机制。然后以此为基础，利用由过载指令构造的期望角速度，对次优滑模面进行修正，得出了指令非零情况下的复合控制律。基于李雅普诺夫方法，完成了直/气复合控制律作用下非线性系统的稳定性分析。最后，基于六自由度弹体运动模型进行直/气复合控制律与气动控制律之间的仿真对比，说明了所设计复合控制律能够有效改善系统的动态响应特性。

关键词：防空导弹次优滑模控制时间尺度分离模型不确定性气动非线性特性

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