[发明专利]基于自适应滑模的三维非线性轨迹跟踪控制器设计方法

说明书

本发明涉及一种基于自适应滑模的三维非线性轨迹跟踪控制器设计方法，第一步，对纵向通道进行轨迹跟踪建模，并且采用滑模控制方法进行控制器设计。第二步，对侧向通道进行轨迹跟踪建模，并且采用滑模控制方法进行控制器设计，针对建模误差，采用自适应的方法对其上界进行实时估计。本发明的技术方案相比于当前轨迹跟踪控制方法，首先对非线性系统进行控制器设计，没有线性化带来的误差；将二维轨迹跟踪推广到了三维；采用自适应滑模的控制方法，提高了系统的鲁棒性。

技术领域

本发明属于导弹轨迹跟踪技术领域，涉及一种基于自适应滑模的三维非线性轨迹跟踪控制器设计方法，尤其涉及具有较强鲁棒性的三维非线性轨迹跟踪控制器设计方法。

背景技术

战术导弹中制导段花费的时间最长，而且其性能对末制导段影响巨大。中制导段需要满足过载、气动以及最终到达中末交班点等约束，所以目前使用最多的是采用轨迹优化的方法设计参考轨迹，然后设计跟踪制导律进行轨迹跟踪。为了提高导弹的性能，跟踪制导律的设计是重中之重。

现阶段针对轨迹跟踪的研究主要有三种方法，第一种是基于矢量场的方法，即通过构建参考轨迹额矢量场，提供航向指令，引导飞行器朝参考轨迹靠近；第二种是基于虚拟目标的方法，即飞行器沿着前方的虚拟目标点移动；第三种是基于误差调节的方法，即根据参考轨迹和实际轨迹的差值进行调节。

导弹因其速度不可控的特殊性，所以上述三种方法中目前研究较多的是误差法。针对导弹的轨迹跟踪控制器设计方法研究，目前主流方法首先建立轨迹跟踪误差模型，然后将模型以时间为自变量或者以X轴坐标值为自变量进行线性化，而且主要集中于二维空间，之后采用最优控制方法进行控制器设计。

目前针对导弹三维非线性轨迹跟踪控制方法的研究极为少见。

现有方法主要集中于二维，而且采用的是先线性化，然后再进行控制器设计。采用线性化会带来一定的线性化误差，而且系统不易应对干扰。

还有导弹的轨迹跟踪肯定是处于三维环境中，而且三维并不是两个平面的加和，其中涉及到解耦的方法，目前线性化方法并没有提出能将其推广到三维的方法。

针对以上问题，急需一种具有较强鲁棒性的三维非线性轨迹跟踪控制器设计方法。

发明内容

要解决的技术问题

为了避免现有技术的不足之处，本发明提出一种基于自适应滑模的三维非线性轨迹跟踪控制器设计方法，解决现有跟踪方法鲁棒性不足，对模型进行线性化会带来误差，以及现有方法仅限于二维的情况。

技术方案

一种基于自适应滑模的三维非线性轨迹跟踪控制器设计方法，其特征在于：将三维问题分解到纵向和侧向通道，然后进行建模，采用滑模变结构控制进行控制器设计，侧向通道的采用参考轨迹的弹道倾角代换跟踪轨迹的弹道倾角，针对此代换带来的误差采用自适应的方法进行误差上界估计并补偿，设计步骤如下：

步骤1、纵向通道轨迹跟踪模型建立：

式中，θ和θ_d分别为跟踪轨迹弹道倾角和参考轨迹弹道倾角，V_d代表参考轨迹速度，和分别代表跟踪轨迹与参考轨迹的Y轴坐标差值导数和弹道倾角差值导数，g代表重力加速度，u_y代表纵向平面内跟踪轨迹相对于参考轨迹的过载变化量；

步骤2、纵向通道控制器设计：采用滑模变结构控制理论进行纵向通道控制器设计，控制器为：