[發明專利]一種基于觀測器技術的飛行器制導控制一體化方法

有效

• 申請號: 201910432664.8
• 申請日: 2019-05-23
• 公開（公告）號: CN111983921B
• 公開（公告）日: 2021-11-30
• 發明（設計）人: 王恩德;彭良玉;焦金磊;朱亞龍;李學鵬
• 申請（專利權）人: 中國科學院沈陽自動化研究所
• 主分類號: G05B13/04
• 分類號: G05B13/04
• 代理公司: 沈陽科苑專利商標代理有限公司 21002
• 代理人: 李巨智

本發明涉及一種基于觀測器技術的飛行器制導控制一體化方法，建立導彈制導控制一體化模型，并將導彈制導控制一體化模型轉換成嚴反饋非線性數學模型；基于生成的嚴反饋非線性數學模型，結合變結構滑模控制與反步控制，設計多滑模面反步控制器。本發明便于控制算法的設計，通過設計復合項D，既實現了滑模面穩定可到達，又避免了微分爆炸現象；引入初值衰減項對滑模面進行優化，減小了控制信號的幅度，有利于防止執行機構飽和；通過二階干擾觀測器對復合項D進行觀測補償，提高了系統的抗干擾能力和魯棒性。

技術領域

本發明涉及飛行器制導控制領域，具體地說是一種基于觀測器技術的飛行器制導控制一體化方法。

背景技術

傳統的導彈制導控制算法因為采用分離式設計而存在很多的弊端。在高超音速飛行環境下或者目標存在大機動的情況下，制導回路和控制回路的時間常數差距較小，耦合更加嚴重，分離式設計往往會造成終端制導精度下降甚至導彈失控。

一體化控制方法是一種不依賴于頻譜分離假設的方法。該方法將制導、控制兩回路綜合設計，充分考慮兩回路之間的互相影響，是目前制導控制領域的研究熱點。

目前已有的一體化制導控制算法尚不成熟，存在很多諸如控制算法復雜、控制信號飽和、非匹配干擾影響等問題。針對上述情況，簡單可靠、魯棒性強的一體化控制算法的研究具有重要意義。

發明內容

針對現有技術的不足，本發明提供一種基于觀測器技術的飛行器制導控制一體化方法，解決已有的一體化制導控制算法尚不成熟，存在控制算法復雜、容易出現微分爆炸現象的問題。

本發明為實現上述目的所采用的技術方案是：

一種基于觀測器技術的飛行器制導控制一體化方法，包括

首先，建立導彈制導控制一體化模型，并將導彈制導控制一體化模型轉換成嚴反饋非線性數學模型；

然后，基于生成的嚴反饋非線性數學模型，結合變結構滑模控制與反步控制，設計多滑模面反步控制器。

所述建立導彈制導控制一體化模型包括：

步驟1：建立彈-目相對運動方程：

其中：R是相對距離，q是視線角，V_T是目標速度矢量，V_M是導彈速度矢量，θ_T是目標速度傾角，θ_M是導彈速度傾角；

步驟2：建立導彈在垂直面內的動力學方程：

其中，α是攻角，m是質量，g是重力加速度，Y是升力，ω_z是俯仰角速率，J_z是z軸的轉動慣量，δ_z是俯仰舵偏角，是俯仰角，其中，M_αα和分別是俯仰力矩對舵偏角、攻角和俯仰角速率的導數；

步驟3：根據空氣動力學，得到導彈升力和俯仰力矩的表達式：

其中，Q為動壓，S為特征面積，l為特征長度，和分別是升力系數對舵偏角和攻角的導數，和分別是俯仰力矩系數對攻角、俯仰角速率、舵偏角的導數；

步驟4：聯立公式(1)～(3)，得到導彈制導控制一體化模型：

其中，d₁、d₂、d₃為未知干擾因子，其由未建模的因素和目標機動決定。