[發(fā)明專利]一種面向彈體顫振抑制的組合控制器設(shè)計方法

有效

• 申請?zhí)枺?/td>: 202010052768.9
• 申請日: 2020-01-17
• 公開（公告）號: CN111306995B
• 公開（公告）日: 2022-07-01
• 發(fā)明（設(shè)計）人: 智永鋒
• 申請（專利權(quán)）人: 西安智芯通達科技有限公司
• 主分類號: G06F30/20
• 分類號: G06F30/20
• 代理公司: 北京三聚陽光知識產(chǎn)權(quán)代理有限公司 11250
• 代理人: 李紅團

1.一種面向彈體顫振抑制的組合控制器設(shè)計方法，其特征在于步驟如下：

步驟1：建立彈性體導(dǎo)彈縱向擾動運動數(shù)學(xué)模型：

式中，I_zz為恢復(fù)動力系數(shù)，為攻角與俯仰力矩之間的比例系數(shù)，為彈性形變與俯仰力矩之間的比例系數(shù)，為升降舵偏角與俯仰力矩之間的比例系數(shù)，α為導(dǎo)彈攻角，ω為彈性變形量，δ_z為升降舵偏角，M_zd為縱向氣動力矩，m為單位長度彈體質(zhì)量，g為重力加速度，V為來流速度，θ為彈道傾角，為俯仰角，P為發(fā)動機推力，Y為升力，F(xiàn)_yd為法向氣動力；

步驟2：將彈體的縱向擾動運動數(shù)學(xué)模型寫為狀態(tài)空間模型：

式中，為狀態(tài)向量，ω為彈體彈性變形量、α為導(dǎo)彈攻角、為彈體俯仰角、q^T為一階振動模態(tài)、二階振動模態(tài)，A是5×5系統(tǒng)矩陣，B是5×2控制矩陣，u為控制器，其中，u₁為舵偏角，u₂為彈體作動力，C為輸出矩陣；

步驟3：針對步驟2中得到的彈性體導(dǎo)彈運動模型，解耦為剛體部分和彈性體部分的組合形式：

式中，下標(biāo)為r表示為剛體子系統(tǒng)部分，下標(biāo)為q表示為彈性子系統(tǒng)部分，下標(biāo)為rq或者qr為耦合部分，即：A_r為剛體子系統(tǒng)部分系統(tǒng)矩陣、A_q為彈性子系統(tǒng)部分系統(tǒng)矩陣、A_rq為剛體子系統(tǒng)部分和彈性子系統(tǒng)部分耦合系統(tǒng)矩陣、A_qr為彈性子系統(tǒng)部分和剛體子系統(tǒng)部分耦合系統(tǒng)矩陣、B_r為剛體子系統(tǒng)部分控制矩陣、B_q為彈性子系統(tǒng)部分控制矩陣、B_rq為剛體子系統(tǒng)部分和彈性子系統(tǒng)部分耦合控制矩陣、B_qr為彈性子系統(tǒng)部分和剛體子系統(tǒng)部分耦合控制矩陣，C_r為剛體子系統(tǒng)部分輸出矩陣；

步驟4：將剛體子系統(tǒng)寫為：

式中，A_r是3×3系統(tǒng)矩陣，B_r是3×1控制矩陣，是狀態(tài)向量，分別代表彈性變形量、導(dǎo)彈攻角、彈體俯仰角，u₁是控制向量代表舵偏角；

彈性體子系統(tǒng)寫為：

式中，A_q是3×3系統(tǒng)矩陣，B_q是3×1控制矩陣，是狀態(tài)向量分別代表一階振動模態(tài)和二階振動模態(tài)，u₂是控制向量代表彈體附加作動力；

再將彈性體子系統(tǒng)狀態(tài)空間模型簡化并改寫成一個不確定性多變量系統(tǒng)：

式中，x為系統(tǒng)的狀態(tài)向量；y為系統(tǒng)輸出；u₂為控制輸入信號；w為系統(tǒng)未知輸入增益，且w∈(0,∞)；θ∈Θ為未知參數(shù)向量，Θ為一個凸集；σ為未知擾動；

C_q為彈性體子系統(tǒng)部分輸出矩陣；

步驟5：剛體子系統(tǒng)設(shè)計控制器：

u₁＝(P+PK(I-PK)^-1P)r₁

式中，K要使得P+PK(I-PK)^-1P的值極小，r₁為剛體子系統(tǒng)的參考輸入，即理想舵偏角；

其中，W_e為跟蹤誤差加權(quán)函數(shù)，W_u為控制量加權(quán)函數(shù)；

步驟6：彈性體子系統(tǒng)設(shè)計控制器：

式中，r₂為彈性體子系統(tǒng)的參考輸入，即彈體附加作動力理想值；和

為未知參數(shù)w、θ和σ的通過狀態(tài)預(yù)測器得到的估計值；k為系統(tǒng)增益，大于0；

步驟7：將步驟5、步驟6的控制器分別作用于剛體子系統(tǒng)和彈性體子系統(tǒng)中，輸出彈體彈性變形量、導(dǎo)彈攻角、彈體俯仰角、一階振動模態(tài)和二階振動模態(tài)。