[发明专利]一种导弹PID控制器参数自适应调节的方法

说明书

技术领域

本发明属于迭代学习控制技术、自适应控制技术和反演控制技术领域，尤其涉及一种导弹PID控制器参数自适应调节的方法。

背景技术

迭代学习控制的概念与方法最早由日本学者Uchiyama于1978年提出，它特别适合那些具有重复运动性质的被控对象，这种控制方法不依赖于系统的精确数学模型，能够以非常简单的方式处理不确定性相当高的非线性强耦合动态系统。经过近三十年的发展，迭代学习控制已经广泛应用到很多领域，并与自适应控制、鲁棒控制、模糊控制和神经网络相结合，成为了一门既具备良好的工程可实现性又具备理论研究价值的学科。

PID控制器是一种工程实用性强且应用非常广泛的控制器。传统的导弹PID控制器设计方法在进行参数调试时，首先要设计飞行弹道并选取具有代表性的弹道点作为特征点，随后在特征点处对导弹模型进行线性化和参数固化，并以各特征点对应的线性模型为对象，通过不断对控制器参数进行试凑，最终得到比较理想的控制器参数。最后再根据导弹所处气动环境在不同阶段采用不同的控制器参数，从而达到对导弹全方位控制的目的。这种设计方法存在两个方面的缺陷：第一，控制器的调试完全靠科研人员的工作经验，而且当特征点较多时，调试工作量会变得过大而难以承受；第二，控制器参数是根据导弹不同飞行阶段分别给出的，控制器在整个弹道上是不连续的。

发明内容

分析导弹PID控制器的设计过程不难发现，控制器参数的调试工作实际上具有迭代特性。它是一个不断重复的仿真—调整—再仿真—再调整过程，与常规迭代学习控制的不同之处在于它需要调试人员对指令跟踪情况进行判断，并根据经验对参数进行人工调节，而不是利用状态误差对控制器进行自动修正。

考虑到上述特点，结合迭代学习控制思想，本发明提出一种实现导弹PID控制器参数自动调节的思路：借鉴迭代学习控制的思想，以整个全弹道导弹系统为迭代对象，将每次PID控制器参数调试过程看作迭代学习控制理论中系统的一次迭代运行，利用上一次迭代时系统的跟踪误差，按照一定的规律对下一次系统运行时的PID控制器参数进行调节，如此不断的循环运行整个导弹系统，形成一种大循环迭代学习机制，实现导弹PID控制器参数的自动寻优。此即本发明所提出的大循环迭代学习思想。

这种思想在实践中具备较强的可操作性，但在研究中存在两个难点问题：第一，如何建立导弹PID控制器参数大循环迭代学习控制系统的数学模型；第二，采用何种方法设计PID控制器参数迭代学习律，所设计的PID控制器参数自适应迭代学习控制系统是否收敛，如何证明其稳定性。

为攻克上述难题，本发明以导弹俯仰通道为例，建立其数学模型，充分利用迭代学习控制技术、自适应控制技术和反演控制技术设计PID控制器参数迭代学习律，并证明所设计迭代学习控制系统的收敛性。

该思想一旦在工程上得到实现，能实现导弹PID控制器参数的自动整定，并将彻底改变传统的导弹PID控制器设计方法，大幅减小导弹PID控制器设计的工作量，缩短设计周期。在理论研究方面，导弹PID控制器参数迭代学习技术及其稳定性方面的研究将填补国内外相关领域的研究空白，具有重要的理论意义。

基于大循环思想的导弹PID控制器参数自适应迭代学习控制方案包含两个方面的核心技术：(1)导弹PID控制器参数大循环迭代学习方案设计；(2)导弹PID控制器参数大循环迭代学习控制系统建模、自适应迭代学习律设计及稳定性分析。

一、导弹PID控制器参数大循环迭代学习方案设计

导弹PID控制器参数大循环迭代学习方案运行流程如图1所示。导弹PID控制器参数大循环迭代学习方案的具体实施可按以下几步进行：

(1)根据导弹传感器的具体情况，设计导弹三通道PID控制器，从而确定导弹控制器形式，明确需要调节的控制器参数；

(2)根据实际任务需求设计导弹程序飞行阶段弹道，并选取具有代表性的弹道点作为特征点，经简单调试得到各特征点处能够使系统稳定的PID控制器参数，并通过插值得到PID控制器参数在整个弹道上的初始值；

(3)根据实际控制器需求，建立适用于迭代学习控制系统设计的数学模型；

(4)利用迭代学习控制技术、自适应控制技术和反演控制技术设计PID控制器参数自适应迭代学习控制系统，得到迭代学习控制器和自适应迭代学习律的具体表达式；

(5)利用基于Lyapunov-like函数的稳定性理论证明所设计PID控制器参数自适应迭代学习控制系统的稳定性；