發(fā)布時間：2017-09-03 23:18

  本文關鍵詞：控制受限的導引與控制一體化設計

  更多相關文章： 導彈導引與控制一體化 自適應反步控制 指令濾波 控制受限 終端角約束

【摘要】：導彈的導引與控制系統是關系其飛行成敗和實現精確打擊的關鍵系統。導引與控制一體化設計在提高導彈綜合性能方面擁有傳統設計方法無可比擬的優(yōu)勢,使得它逐漸成為研制高性能導彈的一種潛在趨勢。然而,現有的關于導引與控制一體化設計的文獻中,只有少數考慮了通道間的耦合,而且這些算法大都比較復雜,難以保障系統的魯棒性,對于系統的典型狀態(tài)(如攻角、側滑角、終端姿態(tài)角)和輸入受限之類必須滿足的約束條件沒有加以考慮,這就大大限制了它們的工程實用性。本文致力于考慮系統典型狀態(tài)受約束和輸入受限的導引與控制一體化設計方法研究。在導彈導引與控制一體化模型存在未建模動態(tài)和外界干擾等情況下,結合backstepping方法,動態(tài)面控制設計,指令濾波設計以及自適應控制律分別研究了控制受限的三通道獨立設計的導引與控制一體化系統,帶末角約束的導引與控制一體化系統和導引與控制一體化全狀態(tài)耦合系統。本文的主要工作包括:首先研究了一類不確定非線性系統在控制受限情況下的魯棒自適應控制律設計。由于飽和函數的不光滑性,其不滿足backstepping控制方法對函數可微的要求,為便于控制器設計,引入一類光滑函數并構造一個輔助系統將原系統增廣。然后利用Nussbaum函數來處理逼近飽和函數帶來的非線性。此外,這類下三角形式的非線性系統既含有不匹配不確定性也含有匹配不確定性,這些不滿足線性參數化的不確定性是有界的但界未知,結合魯棒自適應方法實現系統的鎮(zhèn)定,并給出了暫態(tài)跟蹤誤差性能的解析解。所提的控制算法不僅能解決控制受限問題,對于其他有界非線性量可以被有界光滑非線性函數替代的情況也是同樣適用的,這是對常規(guī)backstepping控制方法的改進和擴展。導引與控制一體化三通道獨立設計模型可以抽象成為一類典型的嚴反饋不確定非線性系統。利用上面提出的魯棒自適應控制方法,進一步考慮尋的導彈舵偏角幅值限制的導引與控制一體化設計。結合導引與控制一體化系統本身的特點,通過改進輸入飽和的理論設計方法,最終實現導彈在舵偏角受限、自身不確定性和外界干擾的情況下能夠穩(wěn)定飛行。將六自由度非線性仿真結果和沒有考慮執(zhí)行機構飽和的情況進行了對比,所提的方法使得系統性能得到了明顯的改善,驗證了所提方法的有效性。接著,基于導引與控制一體化三通道獨立設計的模型,進一步研究導彈典型狀態(tài)受約束和舵機受限的問題。在導引與控制一體化設計中引入指令濾波方法,不僅可以對狀態(tài)信號和輸入控制的幅值、速率和帶寬進行限幅,又避免了傳統的backstepping控制方法對虛擬控制量進行微分計算所帶來的級數膨脹問題。進一步考慮了執(zhí)行機構動態(tài)特性受限的一體化設計,輔助系統用以分析飽和的影響,自適應用以補償時變系統的未知不確定性,基于二次型Lyapunov函數進行了穩(wěn)定性分析,保證導彈的所有狀態(tài)信號最終一致有界,最終使得視線角速率誤差收斂到零點附近的任意小區(qū)域內。仿真實驗驗證了所提方案的有效性。然后在前面研究的基礎上,考慮同時具有末角約束和輸入飽和的導引與控制一體化設計方法。針對實際系統俯仰通道本身的特點,對考慮執(zhí)行器飽和的魯棒自適應控制器設計算法進行改進。之后將相似的控制算法分別應用于偏航和滾轉通道,最終將三個通道控制設計算法組合在一起便構成了控制受限的一體化控制算法。進一步利用自適應指令濾波控制算法對導彈其他相關狀態(tài)進行限制,導彈的六自由度非線性數值仿真表明了在滿足約束條件的情況下,導彈可以穩(wěn)定飛行并以期望的姿態(tài)角命中目標。驗證了所提的導引與控制一體化設計方案的合理性和有效性。最后,針對導引與控制一體化全耦合設計中的問題開展研究。基于預測控制方法提出一種新穎的反步控制方法,通過調節(jié)權重系數矩陣,解決執(zhí)行機構的初始控制幅值過大問題,并應用到導引與控制一體化全耦合設計中。將本文所提方法與傳統的反步法設計進行了尋的導彈六自由度非線性仿真對比,仿真結果揭示了所提方法的優(yōu)越性。進一步,將導引與控制一體化全耦合設計模型抽象為一類典型的多輸入多輸出不確定非線性系統,滿足塊下三角形式。當其輸入存在飽和時,基于前面提出的結果,給出一種魯棒自適應塊backstepping控制方法。
【關鍵詞】：導彈導引與控制一體化 自適應反步控制 指令濾波 控制受限 終端角約束
【學位授予單位】：哈爾濱工業(yè)大學
【學位級別】：博士
【學位授予年份】：2015
【分類號】：TJ765
【目錄】：

• 摘要4-6
• ABSTRACT6-15
• 第1章 緒論15-27
• 1.1 課題背景及研究意義15-17
• 1.2 導引與控制一體化國內外研究現狀及分析17-21
• 1.3 導引與控制一體化設計面臨的主要問題21-22
• 1.4 控制受限的控制方法22-24
• 1.5 本文的主要研究內容和安排24-27
• 第2章 導引與控制一體化設計模型及預備知識27-42
• 2.1 引言27
• 2.2 導彈導引與控制一體化設計模型27-38
• 2.2.1 常用坐標系27-28
• 2.2.2 導彈六自由度非線性模型28-31
• 2.2.3 彈目相對運動模型31-33
• 2.2.4 導引與控制一體化模型33-38
• 2.3 預備知識38-41
• 2.4 本章小結41-42
• 第3章 考慮控制受限的魯棒自適應控制律設計42-64
• 3.1 引言42-43
• 3.2 一類具有控制受限的不確定非線性系統的魯棒自適應控制方法43-50
• 3.2.1 問題描述43-44
• 3.2.2 控制設計及穩(wěn)定性分析44-50
• 3.3 控制受限的導引與控制一體化三通道獨立設計50-60
• 3.3.1 問題描述50
• 3.3.2 俯仰通道控制器設計與穩(wěn)定性分析50-58
• 3.3.3 偏航通道控制器設計與滾轉通道控制器設計58-59
• 3.3.4 仿真分析59-60
• 3.4 本章小結60-64
• 第4章 帶有狀態(tài)約束和控制受限的導引與控制一體化設計64-87
• 4.1 引言64-65
• 4.2 基于非線性自適應濾波反步法的一體化設計65-76
• 4.2.1 問題描述65
• 4.2.2 一體化控制器設計65-71
• 4.2.3 仿真分析71-76
• 4.3 考慮舵機帶寬和偏轉角速率限制的導引與控制一體化設計76-86
• 4.3.1 問題描述76
• 4.3.2 控制器設計及穩(wěn)定性分析76-82
• 4.3.3 仿真分析82-86
• 4.4 本章小結86-87
• 第5章 具有終端角約束的控制受限導引與控制一體化設計87-107
• 5.1 引言87
• 5.2 考慮終端角約束的控制受限導引與控制一體化設計87-96
• 5.2.1 問題描述87-88
• 5.2.2 控制器設計和穩(wěn)定性分析88-93
• 5.2.3 仿真分析93-96
• 5.3 導引與控制一體化的指令濾波控制設計96-100
• 5.3.1 問題描述96
• 5.3.2 控制器設計和穩(wěn)定性分析96-99
• 5.3.3 仿真分析99-100
• 5.4 本章小結100-107
• 第6章 考慮控制受限的導引與控制一體化全耦合設計方法107-129
• 6.1 引言107-108
• 6.2 基于連續(xù)預測方法的反演控制器設計108-117
• 6.2.1 問題描述108
• 6.2.2 控制器設計108-112
• 6.2.3 仿真分析112-117
• 6.3 考慮輸入受限的導引與控制一體化全耦合設計117-128
• 6.3.1 問題描述117
• 6.3.2 控制設計及穩(wěn)定性分析117-124
• 6.3.3 仿真分析124-128
• 6.4 本章小結128-129
• 結論129-132
• 參考文獻132-143
• 攻讀博士學位期間發(fā)表的論文及其他成果143-146
• 致謝146-147
• 個人簡歷147

【參考文獻】

中國期刊全文數據庫 前5條

1 唐治理;雷虎民;邵雷空;;基于自適應反步法的非線性導彈制導/控制系統綜合設計[J];科技導報;2008年21期

2 梁冰;徐殿國;段廣仁;;導彈俯仰通道帶有落角約束的制導與控制一體化設計[J];科學技術與工程;2008年01期

3 Hou Mingzhe;Liang Xiaoling;Duan Guangren;;Adaptive block dynamic surface control for integrated missile guidance and autopilot[J];Chinese Journal of Aeronautics;2013年03期

4 王婷;周軍;;駕束制導導彈一體化制導控制系統設計[J];西北工業(yè)大學學報;2009年02期

5 查旭,崔平遠,常伯浚;攻擊固定目標的飛行器制導控制一體化設計[J];宇航學報;2005年01期

，

本文編號：787943