【摘要】：為提高對高機動目標(biāo)直接碰撞殺傷的概率,先進導(dǎo)彈一般采用多執(zhí)行機構(gòu)來增強其機動能力和敏捷性,這些執(zhí)行機構(gòu)一般包括氣動舵面和側(cè)噴發(fā)動機。本文以直接側(cè)向力與氣動力的復(fù)合控制的敏捷型攔截導(dǎo)彈為研究對象,研究了輸入受限情況下,末制導(dǎo)段導(dǎo)彈制導(dǎo)與控制方法。基于滑動扇區(qū)控制理論和有限時間穩(wěn)定理論,提出了有限時間滑動扇區(qū)。針對三維空間非線性制導(dǎo)模型,采用微分Riccati方程給出了一種可以得到解析的有限時間滑動扇區(qū)的設(shè)計方法。選取導(dǎo)彈和目標(biāo)的切向相對速度為狀態(tài)變量,將目標(biāo)機動加速度視為有界干擾,假設(shè)其干擾上界可以提前估計得到。根據(jù)得到的有限時間滑動扇區(qū),提出了一種有限時間滑動扇區(qū)制導(dǎo)律。有限時間滑動扇區(qū)制導(dǎo)律,能夠使得系統(tǒng)從任意狀態(tài)在有限時間內(nèi)進入滑動扇區(qū)。在滑動扇區(qū)內(nèi),導(dǎo)彈和目標(biāo)的切向相對速度在有限時間內(nèi)趨于零,確保導(dǎo)彈擊中目標(biāo)�？紤]到導(dǎo)彈過載受限的情況,進一步給出了有限時間滑動扇區(qū)制導(dǎo)律能夠保證在制導(dǎo)過程結(jié)束之間收斂至零的條件。在實際應(yīng)用中,目標(biāo)機動加速度及其上界難以精確無延時地測量得到,而且導(dǎo)彈自動駕駛動態(tài)延時會對制導(dǎo)精度產(chǎn)生不良影響�？紤]到導(dǎo)彈自動駕駛儀動態(tài)特性,將目標(biāo)加速度視為有界干擾,采用動態(tài)面控制設(shè)計了導(dǎo)彈三維非線性制導(dǎo)律。設(shè)計時,不需要提前估計目標(biāo)機動加速度的上界,而是基于Lyapunov穩(wěn)定理論,采用了自適應(yīng)律估計目標(biāo)加速度的界。為了補償導(dǎo)彈過載飽和的影響,引入了額外的一階低通濾波器。制導(dǎo)律的最終表達式中,不含視線角速率的高階導(dǎo)數(shù),偏于實現(xiàn)。在理論上分析了自適應(yīng)動態(tài)面制導(dǎo)律與經(jīng)典比例導(dǎo)引、滑模制導(dǎo)律和H?制導(dǎo)律的聯(lián)系與區(qū)別。仿真結(jié)果表明,該制導(dǎo)律能夠有效補償自動駕駛儀動態(tài)特性和過載飽和的影響,能夠以較高的精度攔截機動目標(biāo)。直接側(cè)向力與氣動力復(fù)合控制的導(dǎo)彈擁有兩套執(zhí)行機構(gòu)。設(shè)計時,先忽略直接側(cè)向力,設(shè)計純氣動控制回路,再針對設(shè)計好氣動控制回路的受控彈體,完成直接側(cè)向力控制律的設(shè)計。當(dāng)引入直接側(cè)向力后,舵控制器容易發(fā)生飽和。考慮到舵機的飽和非線性,應(yīng)用飽和系統(tǒng)的分析與設(shè)計理論,基于干擾抑制不變集設(shè)計了兩種控制方案。一種是允許舵工作在飽和區(qū),另一種是舵不發(fā)生飽和。從仿真結(jié)果來看,這兩種方法設(shè)計的復(fù)合控制律,都能使得導(dǎo)彈迅速跟蹤上過載指令,而且在一定程度上可以有效克服側(cè)向噴流氣動干擾效應(yīng)的影響,顯示出良好的魯棒性。當(dāng)允許氣動舵工作于飽和區(qū)時,與舵偏不飽和的方案相比,可以最大限度地發(fā)揮舵的作用,減小了側(cè)向脈沖發(fā)動機的使用量。對于擁有兩個或者多個執(zhí)行機構(gòu)的控制系統(tǒng),如果不考慮執(zhí)行機構(gòu)之間的配合問題,那么各個執(zhí)行機構(gòu)之間的控制量可能是“斗爭”的�？刂品峙涫且环N處理多執(zhí)行機構(gòu)控制問題的有效辦法。在分析了舵機和直接側(cè)向力在導(dǎo)彈建立攻角獲得所需過載過程中各自作用效果的基礎(chǔ)上,通過仿真說明了,直接設(shè)計導(dǎo)彈復(fù)合控制律會造成舵機和直接側(cè)向力產(chǎn)生的作用效果相互抵消,導(dǎo)致控制效益降低,不能充分發(fā)揮多執(zhí)行機構(gòu)共同作用的效果。因此,針對復(fù)合控制導(dǎo)彈非線性模型,將控制器的設(shè)計分為虛擬控制律的設(shè)計和分配策略的設(shè)計兩步。采用自適應(yīng)動態(tài)面控制方法設(shè)計了虛擬控制律,將虛擬控制律產(chǎn)生的控制量通過動態(tài)控制分配算法分配給實際的執(zhí)行機構(gòu)。通過與偽逆控制分配算法相比較,可以看出通過控制量的合理分配,可以有效避免引入直接側(cè)向力后舵機的飽和。從仿真結(jié)果來看,在過載跟蹤過程中,導(dǎo)彈直接側(cè)向力與氣動舵相互配合,充分發(fā)揮了兩個控制器共同作用的效果。
【圖文】：

t I ，TT Ta a w目標(biāo)的加速度 w 是未知的，并且也無法精度視為有界干擾，滿足f w ， 表示無窮范數(shù)。間滑動扇區(qū)構(gòu)控制，需要構(gòu)造一個滑模面，然后設(shè)計模面。在滑動扇區(qū)控制方法中，通過滑動方法中，只需要系統(tǒng)狀態(tài)進入滑動扇區(qū)中繞滑動平面（超平面） σ x , t 0過原點一論，，下面給出有限時間滑動扇區(qū)的定義。x
【學(xué)位授予單位】：哈爾濱工業(yè)大學(xué)
【學(xué)位級別】：博士
【學(xué)位授予年份】：2015
【分類號】：TJ765.3

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