基于滑模控制算法的导弹末制导律研究

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近几十年来,滑模控制算法由于其高鲁邦性的特点逐渐被学者们所熟悉。滑模控制算法能够使得系统对特定干扰达到免疫的效果,允许控制系统数学模型存在误差,而且滑模控制算法原理简单,便于工程人员理解及在实际中应用。因此,如果能将滑模控制算法应用在导弹末制导律设计中必然能够使得导弹具备较好的制导性能。然而,由于滑模控制系统容易使得控制系统产生抖振,这对控制系统带来较坏的影响;且传统滑模控制算法只能保证系统的稳定性及收敛性,并不能保证控制系统收敛速度,在一些情况下使得系统动态性能变差。因而这些因素也在阻碍着其向末制导控制系统中推广。因此,需要对滑模控制算法进行改进并应用在空空导弹末制导律设计中来提高制导精度。针对滑模控制系统,介绍了其基本原理并在数学层面对滑动模态特性进行描述,针对其高鲁邦特性进行了分析,对滑模控制系统的设计方法给予介绍;并对滑模控制算法中抖振问题给予介绍,分析了控制系统产生抖振的几种原因以及危害,介绍了实际应用中为了削弱控制系统抖振影响而常采用的一些方法。详细介绍了导弹制导控制系统的组成及工作原理,针对不同种类的制导系统进行介绍,对其应用场景及其优缺点给出了分析,对制导系统的一些基本概念给予分析,最后建立了末制导过程中目标拦截数学模型。针对传统滑模控制算法无法保证控制系统快速收敛的情况,提出了考虑自动驾驶仪回路的有限时间收敛制导律。首先介绍了终端滑模控制方法,并给出了基于其的控制系统设计方法以及数学分析;并根据建立的导弹末制导数学模型,在考虑自动驾驶仪特性的情况下,基于非奇异终端滑模控制方法提出了一种新型末制导律设计方法,最后结合趋近律设计方法改善了制导律在趋近阶段的动态性能;针对控制律抖振问题予以分析并给出了抖振抑制方案,且对控制系统稳定性及有限时间到达、收敛特性给出了数学证明;最后通过仿真对提出的制导律予以验证。针对目前制导律在拦截高超音速目标时存在的不足,基于前向拦截制导律思想,提出了一种基于二阶滑模变结构的前向拦截制导律。首先介绍了前向拦截制导方法,并建立了前向拦截数学模型,并针对前向拦截必要条件给予分析,给出了一种二阶滑模控制算法,并基于此提出了一种二阶滑模前向拦截设计方法,最后通过仿真验证在使用提出的二阶滑模前向拦截制导律时,控制系统具有较高的鲁棒性,且不存在抖振情况,最终有效的对超高音速飞行器进行拦截。
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