基于智能优化的导弹定结构鲁棒控制律设计

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日益复杂的空战环境对空空导弹控制系统提出了日趋严苛的要求,为适应现代化空战,控制系统需保证导弹在全包线范围内满足优良的鲁棒性能,经典PID控制律设计方法已越来越难以满足上述需求。另一方面,传统鲁棒控制方法如H_∞和μ综合理论设计出的控制器也存在阶次过高难以工程化实现的问题。为此,本文提出一种基于新型智能优化算法—化学反应优化算法的鲁棒定结构控制器设计方法,并结合传统鲁棒控制理论和雷声驾驶仪控制结构,将其应用到空空导弹自动驾驶仪的控制律设计中。首先,本文建立了样例导弹六自由度非线性模型,通过线性化得到典型特征点状态空间模型,分析了俯仰、滚转和偏航三个通道的特性,为样例空空导弹鲁棒定结构控制器的设计奠定了基础。其次,针对鲁棒控制器设计时权函数选取以及定结构控制器参数整定的难题,提出采用化学反应优化算法对参数进行自动优化设计。针对现有优化算法在初始阶段收敛速度较慢的问题,提出了一种结合粒子群优化算法全局算子的新型自适应化学反应优化算法,并证明了该算法的收敛性并对算法的收敛速度进行了分析,最终的测试结果表明算法能高效的处理各类测试函数的优化问题。再次,建立了适合样例导弹鲁棒定结构控制器的设计流程。利用新型自适应化学反应优化算法对样例导弹线性化模型的纵向和横侧向通道分别进行H_∞和μ综合控制器设计,利用鲁棒分析理论对定结构控制器对应闭环系统的时域性能、鲁棒性能分别进行了分析,得到了样例导弹在巡航段内典型特征点的控制律参数。最后,以六自由度非线性模型为对象,对闭环系统的控制性能进行了综合仿真验证。通过线性插值的方式得到典型特征点之间的控制参数,并采用典型输入信号验证了闭环系统的标称性能。在此基础上,对样例空空导弹非线性模型主控项和交叉项参数进行了拉偏,验证其鲁棒性能。仿真结果表明本文提出的基于新型自适应化学反应优化算法的定结构控制器各项时频域性能满足设计指标要求,具有工程应用价值。
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