[發明專利]空空導彈直接力/氣動力有限時間抗飽和控制方法

有效

• 申請號: 201810867640.0
• 申請日: 2018-08-02
• 公開（公告）號: CN109085848B
• 公開（公告）日: 2021-05-07
• 發明（設計）人: 郭永;李雨濤;李愛軍;王長青
• 申請（專利權）人: 西北工業大學
• 主分類號: G05D1/10
• 分類號: G05D1/10
• 代理公司: 西北工業大學專利中心 61204
• 代理人: 王鮮凱

本發明涉及一種空空導彈直接力/氣動力有限時間抗飽和控制方法，為了避免傳統終端滑模存在的奇異現象，建議一種新的積分滑模面，可以在給定的有限時間讓系統狀態收斂到平衡位置。根據導彈縱向運動模型設計可以處理有界擾動和輸入飽和問題的積分滑模控制器，獲得建立導彈過載所需要的虛擬控制力矩。采用控制分配將期望的控制力矩映射到氣動舵面和直接力裝置。理論分析和數字仿真都顯示了所提出的控制器能使復合控制導彈在有限時間跟蹤上過載指令信號，并且閉環系統穩定。

技術領域

本發明屬于飛行器姿態控制技術領域，涉及一種空空導彈直接力/氣動力有限時間抗飽和控制方法。

背景技術

空中戰爭的目標正逐漸變為高空、高速、大機動、具有智能逃逸和隱身技術的新型飛行器，這對空空導彈的響應速度和機動能力提出新的要求。在這種形勢下，傳統的氣動力控制方案很難滿足空空導彈的發展需求，新的復合控制技術應運而生。與一般的防空導彈的直接力裝置不同，適用于空空導彈的直接力裝置有其特殊性。受到空空導彈體積的嚴格限制，發動機引流直接力裝置更加適用于空空導彈，這種直接力裝置由分別安裝在彈體尾部引流閥門組成，當閥門打開時，主發動機的燃氣被引流至彈體側向噴出，形成直接力控制彈體姿態變化。

直接力/氣動力復合系統是一個典型的非線性控制系統，對此國內外學者已做了大量的研究。這些控制方法大多建立在精確模型的基礎上，從實際角度來講，針對考慮模型不確定性和外界擾動的復合控制策略的研究是很有必要的，目前主要的設計方法要有自抗擾控制方法和傳統滑模控制方法。大部分基于以上方法設計的控制器只能滿足系統狀態漸近收斂到平衡點，也就是說當時間趨于無窮時系統的狀態才能收斂。近些年來，有限時間控制方法由于其響應速度快、控制精度高和抗干擾能力強等優點引起了學者們的廣泛的研究興趣。

目前對于直接力/氣動力復合控制導彈的有限時間控制律的設計大都沒有考慮執行器飽和，但是執行器通常由于物理構造的約束使得其輸出值不能一直地增加。如果沒有考慮執行器飽和的情況，可能會導致系統的動態性能變差，甚至出現不穩定情況。目前針對飽和控制算法主要有基于飽和函數的非線性飽和控制、基于雙曲正切函數的非線性飽和控制、基于時變滑模的非線性飽和控制、基于自適應的非線性飽和控制、基于輔助系統的非線性飽和控制、基于中值定理的非線性飽和控制、基于做差方式的非線性飽和控制和基于采用死區和積分描述的飽和函數的非線性飽和控制等算法。

對于具有多個執行機構的控制系統，沒有執行機構控制分配的控制系統設計可能會導致控制力相互抵消。由于控制分配是處理混合控制系統的有效方法，因此它是當今多執行器系統的一個研究課題。通過使用控制分配方法，可以在各個作動器之間分配期望的總控制需求。可以將控制方案設計分成兩個步驟：設計控制器得到期望控制力矩；設計一個控制分配器，將總控制力矩映射到單個執行器上。本文采用基于約束型二次規劃的動態控制分配方法實現側向直接力和氣動力的協同作用。

發明內容

要解決的技術問題

為了避免現有技術的不足之處，本發明提出一種空空導彈直接力/氣動力有限時間抗飽和控制方法

技術方案

一種空空導彈直接力/氣動力有限時間抗飽和控制方法，其特征在于步驟如下：

步驟1、根據牛頓第二運動定律和動量矩定理構建彈體動力學模型，構建執行機構數學模型：

將導彈的質量和速度視為常值,導彈的執行機構包含了直接力裝置和氣動舵面，復合控制導彈的縱向短周期動力學模型：