[發明專利]一種帶碰撞角約束的固定時間滑模制導律設計方法

在審

• 申請號: 202011272814.2
• 申請日: 2020-11-13
• 公開（公告）號: CN112305919A
• 公開（公告）日: 2021-02-02
• 發明（設計）人: 蔡遠利;田野
• 申請（專利權）人: 西安交通大學
• 主分類號: G05B13/04
• 分類號: G05B13/04;F42B15/01
• 代理公司: 西安通大專利代理有限責任公司 61200
• 代理人: 安彥彥

本發明公開了一種帶碰撞角約束的固定時間滑模制導律設計方法，基于地面發射坐標系建立針對機動目標的三維彈目數學模型；根據所述三維彈目數學模型，得到彈目視線角的二階動態方程；設計固定時間非奇異終端滑模；基于所述彈目視線角的二階動態方程，采用終端滑模控制方法，將視線角被控狀態量，根據固定時間非奇異終端滑模構建固定時間滑模面，設計得到帶碰撞角約束的固定時間滑模制導律。本發明設計制導律的收斂時間上界獨立于彈目初始條件，可以被預先設定，可適用于一些初始狀態未知的作戰場景下。本發明所設計的制導律結構簡單，制導系統收斂速度更快，導彈攔截時間更短且攔截精度高，具有良好的應用前景。

技術領域

本發明屬于導彈制導技術領域，具體涉及一種帶碰撞角約束的固定時間滑模制導律設計方法。

背景技術

隨著軍事技術的不斷進步，現代戰爭中的進攻彈向著高速、大機動方向發展。為了有效摧毀來襲目標，以直接碰撞為要求的動能殺傷技術成為了研究的熱點。同時在末制導過程中，要求制導系統能夠保證較高制導精度、有限時間收斂和以期望角度撞擊目標，以使作戰毀傷效果最大化，這對制導律的設計提出了更高的要求。經典的比例導引律因其便于實現的特點被廣泛應用，但對大機動目標的制導效果卻并不理想。針對攔截機動目標的問題，近些年來應用現代控制理論方法進行末制導律設計的方法成為研究重點，如最優制導律、滑模制導律、微分對策制導律等。

滑模控制對系統不確定性和外界干擾具有較強的魯棒性，同時具有結構簡單、易于實施和快速響應等優點，因此被應用于制導律設計(Kumar SR , Ghose D. Three-dimensional impact angle guidance with coupled engagement dynamics.Proceedings of the Institution of Mechanical Engineers Part G Journal ofAerospace Engineering, 2017,231(G4):1-21)并取得了一些研究成果。傳統滑模制導律采用線性滑模面，彈目視線角和角速率是漸進收斂的，收斂時間趨于無窮。但實際的制導時間通常較短，所設計的制導律應滿足有限時間收斂以符合實際需求。終端滑模控制方法通過引入非線性滑模面使系統狀態能夠在有限時間內收斂至平衡，對于高速機動目標的攔截，可構造相應的終端滑模面進行制導律設計，實現有限時間收斂。

現有的滑模制導律多集中于有限時間收斂。然而，有限時間終端滑模控制的收斂時間上限依賴于系統初始條件。在實際制導過程中攔截彈和目標的初始狀態通常難以準確獲得，且不同的初始條件計算所得到的收斂時間也不同，在一定程度上影響了實際應用。

發明內容

為解決現有技術中限時間收斂的局限性，本發明的目的在于提供一種帶碰撞角約束的固定時間滑模制導律設計方法，以實現精確制導。

本發明的目的通過如下技術方案實現：

一種帶碰撞角約束的固定時間滑模制導律設計方法，包括如下過程：

基于地面發射坐標系建立針對機動目標的三維彈目數學模型；

根據所述三維彈目數學模型，得到彈目視線角的二階動態方程；

設計固定時間非奇異終端滑模；

基于所述彈目視線角的二階動態方程，采用終端滑模控制方法，將視線角被控狀態量，根據固定時間非奇異終端滑模構建固定時間滑模面，設計得到帶碰撞角約束的固定時間滑模制導律。

優選的，所述三維彈目數學模型如下：