基于滑模控制理论的新型制导算法研究

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战术导弹精确毁伤目标是现代战争的主旋律,多导弹同时攻击目标是未来战争的发展趋势。在此背景下,本文对战术导弹制导律算法进行了研究与设计,引入二阶滑动模态控制理论与Super-twisting算法,在增强制导律鲁棒性的同时,使得导弹制导系统状态量在有限时间内收敛至滑模面。通过严格Lyapunov函数和数学仿真验证了所设计算法的稳定性、可行性与实用性。研究拦截弹打击高速高机动性目标的问题。分别在二维和三维条件下,建立了考虑目标机动性的制导过程物理模型与数学模型;引入扰动观测器和二阶滑模观测器来观测目标机动性;引入二阶滑模控制理论,改进了Super-twisting算法,设计弹目视线角速率有限时间收敛制导律,以保证导弹精确命中目标;在此基础上,设计落角约束制导律;将有限时间收敛制导律扩展至三维条件下。构造新型严格Lyapunov函数,通过详细的理论分析证明上述制导律的有限时间收敛特性。通过数学仿真证明所述制导律可在此背景下精确碰撞目标,并可将终端落角约束至任意值。研究多导弹同时攻击目标问题。设计飞行时间与攻击角度同时约束的制导律。建立了多导弹协同制导的物理模型与数学模型,引入了期望落角的表达式与剩余飞行时间的估计式;扩展了Super-twisting算法,设计二阶滑模制导律;将这一算法扩展至三维条件下,建立了三维条件下导弹速度分解模型,将导弹的三维运动分解为两个平面变速运动来研究。理论分析证明所述制导律可在有限时间内使系统状态收敛至滑模面,通过数学仿真验证分别所述制导律满足时间约束、落角约束、目标齐射的要求。研究多导弹协同制导问题。引入协调变量、协调函数、双层协同制导结构等概念来设计制导算法。建立了多导弹协同制导的物理模型与数学模型,基于Super-twisting算法,设计切换制导律,该制导律优先约束飞行时间,在导弹即将命中目标时约束落角。将各导弹剩余飞行时间选做协调变量,代入协调函数,规划最优剩余飞行时间,已达到协同制导的效果。数学仿真分别证明所述飞时约束制导律,落角约束制导律,切换约束制导律,双层协同制导结构的有效性。
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