[发明专利]考虑全捷联导引头视场约束的制导控制一体化设计方法

摘要

本发明公开了一种考虑全捷联导引头视场约束的制导控制一体化设计方法，用于解决现有制导控制一体化设计方法实用性差的技术问题。技术方案是首先建立导弹纵向通道姿态控制系统模型、纵向平面内导弹‑目标的相对运动模型以及全捷联导引头纵向通道视线解耦模型；再选择状态变量和系统输出变量，建立考虑视场角约束的制导控制一体化状态空间数学模型；采用障碍Lyapunov函数、扩张状态观测器以及动态面控制相结合的控制方法。由于采用障碍Lyapunov函数、扩张状态观测器以及动态面控制相结合的控制方法，同时满足了制导精度和全捷联导引头视场角约束条件，保证了导弹制导控制过程中全捷联导引头探测的体视线角满足导引头试场约束。

主权项

1.一种考虑全捷联导引头视场约束的制导控制一体化设计方法，其特征在于包括以下步骤：步骤一、建立导弹纵向通道姿态控制系统模型、纵向平面内导弹‑目标的相对运动模型以及全捷联导引头纵向通道视线解耦模型；(a)建立导弹纵向通道姿态控制系统模型；其中，α是导弹的飞行攻角，ω_z是导弹的俯仰角速度，δ是导弹的俯仰舵偏角；P是导弹的发动机推力，m是导弹的质量，J_z是导弹的转动惯量，V_M是导弹的飞行速度；q′是导弹的飞行动压，S是导弹的参考面积，L是导弹的参考长度；是升力系数对攻角的偏导数，是升力系数对舵偏角的偏导数，是俯仰力矩系数对攻角的偏导数，是俯仰力矩系数对舵偏角的偏导数，是俯仰阻尼力矩系数；Δ_α是攻角微分方程的不确定性，Δ_ω是角速度微分方程的不确定性；(b)建立纵向平面内导弹‑目标的相对运动模型；其中，q是弹‑目相对视线角，是弹‑目相对视线角速度，是弹‑目相对视线角加速度，r是弹‑目相对距离，是弹‑目相对速度；A_M是导弹的加速度，A_T是目标的加速度；θ_M是导弹运动的弹道角，θ_T是目标运动的弹道角；V_M是导弹的飞行速度，V_T是目标的飞行速度；(c)建立全捷联导引头纵向通道视线解耦模型；其中，q_ε为捷联导引头测量到的目标体视线角；步骤二、选择状态变量和系统输出变量，建立考虑视场角约束的制导控制一体化状态空间数学模型；对于地面固定目标进行精确打击时，认为A_T＝0,V_T＝0,θ_T＝0；因此选择状态变量为：得到系统的状态空间模型如下：其中，Δ₁为第一个状态方程的综合不确定性，Δ₂为第二个状态方程的综合不确定性，Δ₃为第三个状态方程的综合不确定性，Δ₄为第四个状态方程的综合不确定性；u是待设计的系统控制输入；步骤三、给定视场角约束边界，基于障碍Lyapunov函数和反步法设计对应于视线角速度第一层虚拟控制量；定义误差项e₁＝x₁和e₂＝x₂‑x_2d，其中x_2d是待设计的状态x₂的虚拟控制；为了确保失调角满足要求|x₁|≤Q，Q为需要约束的视场角范围，选择障碍Lyapunov函数如下：当设计虚拟控制K₁为待设计的控制参数且K₁>0，其微分为：步骤四、根据视线角速度跟踪误差，基于Lyapunov稳定性理论设计对应于飞行攻角的第二层虚拟控制量；定义攻角状态的误差项e₃＝x₃‑x_3d，选择新的Lyapunov函数为：当设计虚拟控制K₂为待设计的控制参数且K₂>0，其微分为：步骤五、根据飞行攻角跟踪误差，基于Lyapunov稳定性理论设计对应于姿态角速度的第三层虚拟控制量；定义俯仰角速度状态的误差项e₄＝x₄‑x_4d，选择新的Lyapunov函数为：当设计虚拟控制K₃为待设计的控制参数且K₃>0，其微分为：步骤六、根据姿态角速度跟踪误差，基于Lyapunov稳定性理论综合设计俯仰通道制导控制一体化的理想舵偏角指令；选择新的Lyapunov函数为：对其求导得到：当设计虚拟控制K₄为待设计的控制参数且K₄>0，其微分为：步骤七、针对步骤三～步骤五所对应的虚拟控制量微分问题，引入动态面一阶延迟予以替代；其中，x_ic，i＝2,3,4是步骤3～步骤5中虚拟控制量x_id，i＝2,3,4的近似量，τ_i，i＝2,3,4是相应动态面的时间延迟参数；步骤八、针对步骤七中对虚拟控制量近似微分带来的信号偏差以及制导控制一体化状态空间数学模型各通道干扰带来的模型不确定问题，采用干扰观测器进行干扰的在线估计；给出干扰观测器表达式如下：其中，z₁₀是系统状态x₁的估计值，z₂₀是系统状态x₂的估计值，z₃₀是系统状态x₃的估计值，z₄₀是系统状态x₄的估计值；z₁₁是系统方程组(4)中第一个方程不确定性Δ₁的估计值，z₂₁是系统方程组(4)中第二个方程不确定性Δ₂的估计值，z₃₁是系统方程组(4)中第三个方程不确定性Δ₃的估计值，z₄₁是系统方程组(4)中第四个方程不确定性Δ₄的估计值；非线性函数fal(e_j′,α_j,σ_j),j＝1,2,3,4表达式如下：步骤九、结合步骤六～步骤八设计结果综合得到最终考虑全捷联导引头视场角约束的制导控制一体化设计结果；给出最终的控制器表达式如下：其中，η₁>0是对应第一个状态的可调参数，η₂>0是对应第二个状态的可调参数，η₃>0是对应第三个状态的可调参数，η₄>0是对应第四个状态的可调参数；sign(e_j),j＝1,2,3,4是标准符号函数。