基于自适应模糊滑模退步控制的直接力/气动力复合控制导弹自动驾驶仪设计
陈 宇,董朝阳,王 青,张明廉
(北京航空航天大学自动化科学与电气工程学院,北京 100083)
摘 要:针对直接力/气动力复合控制导弹所具有的强耦合非线性特性,提出了一种基于自适应模糊滑模退步控制的自动驾驶仪设计方法。该方法利用自适应模糊系统所具有的万能逼近特性,对大迎角飞行过程中导弹动力学方程中存在的非线性函数进行逼近,并利用变结构控制所具有对干扰的强鲁棒性,构造误差系统滑模面,克服了逼近误差和外界干扰对控制系统的影响,实现了对大机动指令的精确跟踪。仿真结果表明,所设计的自动驾驶仪对过载指令有良好的跟踪效果,对模型不确定性和外界干扰具有鲁棒性。
关键词:直接力/气动力复合控制;导弹自动驾驶仪;自适应模糊控制;滑模控制;退步设计方法
中图分类号: TJ765•2 文献标识码: A
随着现代战场作战环境的日趋恶化,军事对抗的日益激烈,现代高性能作战飞机普遍采用了推力矢量技术,各种高空高速高机动再入弹头的威胁越来越突出,这对传统仅靠气动舵控制的导弹系统提出了新的要求[1]。
为了提高空空导弹的响应速度和命中精度,现代空空导弹普遍采用了直接力/气动力复合控制的方式,通过快速建立提供法向过载所需要的迎角来提高自身的机动能力。而在导弹机动性能和响应速度得到大幅度提高的同时,导弹动力学模型产生了严重的气动力耦合效应和剧烈的参数变化,这给导弹控制系统设计带来了巨大的挑战,必须借助于现代控制理论来加以解决[2-7]。
退步控制设计方法(Backstepping Design)由于其独特的构造性的设计过程和对非匹配不确定性的处理能力,在飞机及导弹控制系统设计得到了成功的应用[8]。本文首先将直接力/气动力复合控制导弹模型分解为两个子系统,对外层迎角子系统采用自适应反馈线性化控制方法实现控制器设计,对内层角速度子系统采用自适应模糊滑模控制方法实现控制器设计,最后综合为一种自适应模糊滑模退步控制自动驾驶仪设计方法[9-10]。
1 直接力/气动力复合控制导弹模型描述
假设某型号直接力/气动力复合控制空空导弹为轴对称形式,直接力执行机构配置方案采用力矩式控制方案,直接力喷流装置位于导弹质心的前端,能同时改变导弹的质心运动和姿态运动,
5 结 论
针对直接力/气动力复合控制导弹自动驾驶仪设计问题,建立了导弹的非线性不确定性数学模型,将导弹模型分解为迎角子系统和角速度子系统,对迎角子系统设计了反馈线性化自适应控制律,给出了虚拟角速度控制指令;对角速度子系统,设计了自适应模糊滑模控制律,实现了真正的控制量。仿真结果表明,所提出的基于自适应模糊滑模退步控制的自动驾驶仪设计对大机动过载指令具有良好的跟踪性能,在直接力/气动力复合控制导弹控制系统设计中将会有很广阔的应
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