双滑模变结构控制在导弹加速度控制中的应用
胡云安1,焦 会2,陈 晔3
(1.海军航空工程学院控制工程系,山东烟台264001;2.湖北经济管理大学工学院,湖北武汉430033;3.海军工程大学兵器工程系,湖北武汉430033)
摘 要:基于双滑模变结构控制理论,对切换面的选取和控制量的切换规律做了进一步的分析,提出两个切换面可以分开单独设计,通过状态反馈保证在滑模区上的稳定性;在具有非匹配不确定性的情况下,证明了控制量的设计能够满足滑模控制的可达条件;提出了更简单的控制律设计方法,保证状态轨迹分别在两条滑模区上来回切换,降低了控制量振动频率。用动态平衡的方法,通过控制导弹的平衡迎角达到了控制加速度的目的。针对某型导弹纵向回路线性模型和非线性时变模型进行了仿真研究,结果证明了设计的可行性和有效性。
关 键 词:双滑模;变结构控制;平衡迎角;加速度控制
中图分类号:V249.1
文献标识码:A
文章编号:1002-0853(2005)04-0067-04
引言
变结构控制设计的目的是使系统状态轨迹到达切换面并维持在切换面上,产生所谓的滑模运动。在滑模运动状态,变结构控制对于匹配不确定性具有完全的不变性,但对于非匹配不确定性不具有不变性[1,2]。针对变结构控制量切换频率过快的缺点,文献[3]提出的双滑模变结构控制能降低频率,且证明了系统对于匹配和非匹配不确定性都具有不变性,但两个切换面的设计相互依赖,且需设计的参数较多。文献[4,5]提出动态调节变结构控制器的思想,保证状态轨迹趋近切换面,并分别在两条切换面上来回运动。本文提出的切换面设计方法可以将两个切换面分开单独设计,分析了滑模区在非匹配不确定性下的稳定性,保留了双滑模变结构控制中降低控制量振动频率的特点,动态控制器的设计更为简单,需要设计的参数更少。文中,λmin(Q)表示矩阵Q的最小特征值;Ir表示r×r维单位矩阵。导弹的加速度控制实际上是一种直接力的控制,有助于提高导弹的机动性能[6]。为了改善动态性能,需要增加另外的敏感元件来测量加速度的变化率,使控制系统更复杂;而且,舵偏角所产生的力对于导弹的加速度有影响,由于在控制过程中,舵偏角的变化很剧烈,使得导弹的加速度信号中含有严重的噪声,给加速度信号的微分计算带来了困难。本文利用导弹加速度与迎角(侧滑角)之间的平衡关系,通过控制导弹的迎角(侧滑角)来达到控制导弹加速度的目的。
1 双滑模变结构控制
通过仿真结果的对比,可以明显看出所设计的双滑模变结构控制能够很好地控制迎角跟踪其指令信号,从而使得导弹的实际纵向过载完全跟踪其指令过载。对于过载曲线所产生的反向尖波,是由于舵偏角对导弹升力的影响较大,当舵偏角动作时,对作用于导弹的合力有较大影响,从而影响导弹的过载,但这对导弹的稳态过载和飞行状态没有影响。
5 结束语
双滑模变结构控制的优越性在于具有对非匹配不确定性的不变性并降低了控制量的切换频率。本文简化了切换面及控制规律的设计方法,改善了其稳定性,且易于工程实现。从仿真结果可以看出,所设计的控制规律能够控制导弹的迎角,从而控制导弹的纵向过载。
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