本文關(guān)鍵詞：控制受限的導(dǎo)引與控制一體化設(shè)計

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【摘要】：導(dǎo)彈的導(dǎo)引與控制系統(tǒng)是關(guān)系其飛行成敗和實現(xiàn)精確打擊的關(guān)鍵系統(tǒng)。導(dǎo)引與控制一體化設(shè)計在提高導(dǎo)彈綜合性能方面擁有傳統(tǒng)設(shè)計方法無可比擬的優(yōu)勢,使得它逐漸成為研制高性能導(dǎo)彈的一種潛在趨勢。然而,現(xiàn)有的關(guān)于導(dǎo)引與控制一體化設(shè)計的文獻(xiàn)中,只有少數(shù)考慮了通道間的耦合,而且這些算法大都比較復(fù)雜,難以保障系統(tǒng)的魯棒性,對于系統(tǒng)的典型狀態(tài)(如攻角、側(cè)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(tǒng)典型狀態(tài)受約束和輸入受限的導(dǎo)引與控制一體化設(shè)計方法研究。在導(dǎo)彈導(dǎo)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(jié)合backstepping方法,動態(tài)面控制設(shè)計,指令濾波設(shè)計以及自適應(yīng)控制律分別研究了控制受限的三通道獨立設(shè)計的導(dǎo)引與控制一體化系統(tǒng),帶末角約束的導(dǎo)引與控制一體化系統(tǒng)和導(dǎo)引與控制一體化全狀態(tài)耦合系統(tǒng)。本文的主要工作包括:首先研究了一類不確定非線性系統(tǒng)在控制受限情況下的魯棒自適應(yīng)控制律設(shè)計。由于飽和函數(shù)的不光滑性,其不滿足backstepping控制方法對函數(shù)可微的要求,為便于控制器設(shè)計,引入一類光滑函數(shù)并構(gòu)造一個輔助系統(tǒng)將原系統(tǒng)增廣。然后利用Nussbaum函數(shù)來處理逼近飽和函數(shù)帶來的非線性。此外,這類下三角形式的非線性系統(tǒng)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(shù)化的不確定性是有界的但界未知,結(jié)合魯棒自適應(yīng)方法實現(xiàn)系統(tǒng)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(shù)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(jìn)和擴展。導(dǎo)引與控制一體化三通道獨立設(shè)計模型可以抽象成為一類典型的嚴(yán)反饋不確定非線性系統(tǒng)。利用上面提出的魯棒自適應(yīng)控制方法,進(jìn)一步考慮尋的導(dǎo)彈舵偏角幅值限制的導(dǎo)引與控制一體化設(shè)計。結(jié)合導(dǎo)引與控制一體化系統(tǒng)本身的特點,通過改進(jìn)輸入飽和的理論設(shè)計方法,最終實現(xiàn)導(dǎo)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(jié)果和沒有考慮執(zhí)行機構(gòu)飽和的情況進(jìn)行了對比,所提的方法使得系統(tǒng)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(dǎo)引與控制一體化三通道獨立設(shè)計的模型,進(jìn)一步研究導(dǎo)彈典型狀態(tài)受約束和舵機受限的問題。在導(dǎo)引與控制一體化設(shè)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(jìn)行限幅,又避免了傳統(tǒng)的backstepping控制方法對虛擬控制量進(jìn)行微分計算所帶來的級數(shù)膨脹問題。進(jìn)一步考慮了執(zhí)行機構(gòu)動態(tài)特性受限的一體化設(shè)計,輔助系統(tǒng)用以分析飽和的影響,自適應(yīng)用以補償時變系統(tǒng)的未知不確定性,基于二次型Lyapunov函數(shù)進(jìn)行了穩(wěn)定性分析,保證導(dǎo)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(nèi)。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(chǔ)上,考慮同時具有末角約束和輸入飽和的導(dǎo)引與控制一體化設(shè)計方法。針對實際系統(tǒng)俯仰通道本身的特點,對考慮執(zhí)行器飽和的魯棒自適應(yīng)控制器設(shè)計算法進(jìn)行改進(jìn)。之后將相似的控制算法分別應(yīng)用于偏航和滾轉(zhuǎn)通道,最終將三個通道控制設(shè)計算法組合在一起便構(gòu)成了控制受限的一體化控制算法。進(jìn)一步利用自適應(yīng)指令濾波控制算法對導(dǎo)彈其他相關(guān)狀態(tài)進(jìn)行限制,導(dǎo)彈的六自由度非線性數(shù)值仿真表明了在滿足約束條件的情況下,導(dǎo)彈可以穩(wěn)定飛行并以期望的姿態(tài)角命中目標(biāo)。驗證了所提的導(dǎo)引與控制一體化設(shè)計方案的合理性和有效性。最后,針對導(dǎo)引與控制一體化全耦合設(shè)計中的問題開展研究�；陬A(yù)測控制方法提出一種新穎的反步控制方法,通過調(diào)節(jié)權(quán)重系數(shù)矩陣,解決執(zhí)行機構(gòu)的初始控制幅值過大問題,并應(yīng)用到導(dǎo)引與控制一體化全耦合設(shè)計中。將本文所提方法與傳統(tǒng)的反步法設(shè)計進(jìn)行了尋的導(dǎo)彈六自由度非線性仿真對比,仿真結(jié)果揭示了所提方法的優(yōu)越性。進(jìn)一步,將導(dǎo)引與控制一體化全耦合設(shè)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(tǒng),滿足塊下三角形式。當(dāng)其輸入存在飽和時,基于前面提出的結(jié)果,給出一種魯棒自適應(yīng)塊backstepping控制方法。
【關(guān)鍵詞】：導(dǎo)彈導(dǎo)引與控制一體化 自適應(yīng)反步控制 指令濾波 控制受限 終端角約束
【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
【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(dǎo)引與控制一體化國內(nèi)外研究現(xiàn)狀及分析17-21
• 1.3 導(dǎo)引與控制一體化設(shè)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(nèi)容和安排24-27
• 第2章 導(dǎo)引與控制一體化設(shè)計模型及預(yù)備知識27-42
• 2.1 引言27
• 2.2 導(dǎo)彈導(dǎo)引與控制一體化設(shè)計模型27-38
• 2.2.1 常用坐標(biāo)系27-28
• 2.2.2 導(dǎo)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(dǎo)引與控制一體化模型33-38
• 2.3 預(yù)備知識38-41
• 2.4 本章小結(jié)41-42
• 第3章 考慮控制受限的魯棒自適應(yīng)控制律設(shè)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(tǒng)的魯棒自適應(yīng)控制方法43-50
• 3.2.1 問題描述43-44
• 3.2.2 控制設(shè)計及穩(wěn)定性分析44-50
• 3.3 控制受限的導(dǎo)引與控制一體化三通道獨立設(shè)計50-60
• 3.3.1 問題描述50
• 3.3.2 俯仰通道控制器設(shè)計與穩(wěn)定性分析50-58
• 3.3.3 偏航通道控制器設(shè)計與滾轉(zhuǎn)通道控制器設(shè)計58-59
• 3.3.4 仿真分析59-60
• 3.4 本章小結(jié)60-64
• 第4章 帶有狀態(tài)約束和控制受限的導(dǎo)引與控制一體化設(shè)計64-87
• 4.1 引言64-65
• 4.2 基于非線性自適應(yīng)濾波反步法的一體化設(shè)計65-76
• 4.2.1 問題描述65
• 4.2.2 一體化控制器設(shè)計65-71
• 4.2.3 仿真分析71-76
• 4.3 考慮舵機帶寬和偏轉(zhuǎn)角速率限制的導(dǎo)引與控制一體化設(shè)計76-86
• 4.3.1 問題描述76
• 4.3.2 控制器設(shè)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(jié)86-87
• 第5章 具有終端角約束的控制受限導(dǎo)引與控制一體化設(shè)計87-107
• 5.1 引言87
• 5.2 考慮終端角約束的控制受限導(dǎo)引與控制一體化設(shè)計87-96
• 5.2.1 問題描述87-88
• 5.2.2 控制器設(shè)計和穩(wěn)定性分析88-93
• 5.2.3 仿真分析93-96
• 5.3 導(dǎo)引與控制一體化的指令濾波控制設(shè)計96-100
• 5.3.1 問題描述96
• 5.3.2 控制器設(shè)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(jié)100-107
• 第6章 考慮控制受限的導(dǎo)引與控制一體化全耦合設(shè)計方法107-129
• 6.1 引言107-108
• 6.2 基于連續(xù)預(yù)測方法的反演控制器設(shè)計108-117
• 6.2.1 問題描述108
• 6.2.2 控制器設(shè)計108-112
• 6.2.3 仿真分析112-117
• 6.3 考慮輸入受限的導(dǎo)引與控制一體化全耦合設(shè)計117-128
• 6.3.1 問題描述117
• 6.3.2 控制設(shè)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(jié)128-129
• 結(jié)論129-132
• 參考文獻(xiàn)132-143
• 攻讀博士學(xué)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(xiàn)】

中國期刊全文數(shù)據(jù)庫 前5條

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本文編號：787943