滑翔导弹再入制导与控制方法研究

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滑翔导弹兼具弹道导弹与飞航导弹的优点,是一种能够突破导弹防御系统、实现远程精确打击的新型武器。本文以解决滑翔导弹再入制导与控制等关键技术为目标,重点研究了轨迹在线生成、轨迹跟踪控制、侧向机动制导、具有落角约束的末制导以及鲁棒姿态控制等问题,主要研究内容包括以下几个方面:  针对滑翔导弹再入飞行的特点,提出了各飞行阶段的制导和控制方案,建立了再入运动学和动力学方程,给出了路径约束和终端约束条件,为制导和控制方法的研究奠定了基础。  针对滑翔段制导的问题,给出了在线轨迹生成算法以及轨迹控制方法。将滑翔段轨迹划分为初始下降段、准平衡滑翔段和末修段,将轨迹规划问题转化为单参数搜索、代数方程求解等问题,实现了纵向参考轨迹的快速规划;为提高纵向制导的精度,以轨迹跟踪误差最小为性能指标,设计了最优滑模面,提出了一种基于自适应最优滑模的纵向轨迹跟踪控制器;针对气动参数摄动,根据实际升阻比与标称升阻比的比值,动态调节航向角误差走廊,提出了一种基于动态航向角误差走廊的倾侧角反转策略,增强了侧向制导的鲁棒性;为提高导弹的突防能力,利用虚拟势场法确定最佳航向角,给出了一种考虑禁飞区约束的侧向机动制导策略。仿真结果验证了上述制导方案的有效性。  针对下压段导弹垂直打击目标的任务要求,对满足落角约束的比例导引律进行了改进,提出了两种下压段制导方法。给出了比例导引系数的选取原则,并分析了比例导引系数自适应更新算法所存在的问题;给出了一种连续的纵向比例导引系数更新算法,解决了原算法所存在的控制量不连续的问题,并利用二阶滑模干扰观测器对不确定性进行估计,提出了一种基于二阶滑模干扰观测器的连续的自适应比例导引律;将模糊控制与比例导引相结合,通过模糊推理获得比例导引系数,并利用微粒群算法对隶属函数的参数进行优化,提出了一种满足落角约束的模糊比例导引律。这两种末制导方法都无需估算剩余时间,并且具有较高的制导精度和较强的鲁棒性。  针对导弹动力学模型存在非匹配不确定性及控制输入非线性等问题,设计了一种自适应滑模反演控制器。将虚拟控制量的导数作为不确定性处理,避免了求导引起的计算膨胀问题;将控制舵受限问题转化为虚拟控制量及控制指令的受限问题,设计虚拟控制量及控制指令的过程中引入了控制约束,在子系统的模型中显式地考虑了控制量的饱和特性,基于Lyapunov理论推导了自适应滑模控制律。仿真结果表明,在控制饱和的情况下,该控制策略也可以保证跟踪误差收敛到原点附近的一个邻域内。  针对导弹的高精度、快响应姿态控制问题,在自适应反演控制中,引入了二阶终端滑模面,设计了一种基于二阶终端滑模的自适应反演控制器。该控制器具有有限时间收敛的特性,并能够在控制受限情况下保证系统的稳定性。仿真结果表明,存在不确定性及控制饱和时,该控制器仍具有较高的跟踪精度。  
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