基于动态面控制的寻的导引规律研究

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新的大气层内拦截导弹用于拦截隐身战斗机、大俯冲攻击的制导炸弹和高音速巡航导弹等高速大机动目标,而自动驾驶仪动态特性是影响大气层内飞行导弹最终脱靶量的一个重要原因。本文应用动态面控制方法,考虑导弹自动驾驶仪的动态特性设计寻的导引规律。在实际应用中,导弹自动驾驶仪动态特性可以近似为二阶动态特性。建立平面内考虑导弹自动驾驶仪二阶动态特性的制导系统模型,基于该模型,应用动态面控制方法,设计考虑导弹自动驾驶仪二阶动态特性的新型导引律。进一步,根据导弹和目标三维空间相对运动,建立考虑导弹自动驾驶仪二阶动态特性的三维制导模型,应用动态面控制方法,设计考虑导弹自动驾驶仪二阶动态特性的新型三维导引规律。以上两种导引律表达式中都不含有视线角的高阶导数,因此便于实际应用。仿真验证所设计的两种导引律能有效补偿导弹自动驾驶仪动态特性对制导精度的影响,不仅能精确拦截非机动目标和机动目标,而且在目标做高速大机动逃逸和导弹自动驾驶仪有较大滞后的情况下,仍能保证精确的制导结果。为了彻底摧毁一些特殊目标,设计两种带终端攻击角度约束的导引律。在目标终端速度方向能够探测到的条件下,把终端攻击角度控制变换成终端视线角度控制,建立终端攻击角度约束的制导模型。基于该模型,在导弹自动驾驶仪是理想情况下,设计拦截机动目标的带终端攻击角度约束的滑模导引律。该导引律保证制导系统中视线角及其速率能够在有限时间内收敛到滑模面;在制导终端时刻,进入滑模面后的视线角能够指数收敛到期望值,视线角速率指数收敛到零。该导引律可以应用于导弹自动驾驶仪响应足够快的情况。进一步,将导弹自动驾驶仪近似为二阶动态环节,应用动态面控制方法,设计带终端攻击角度约束的新型导引律。仿真验证该导引律能够有效地拦截机动目标和补偿导弹自动驾驶仪的动态特性,它能够导引导弹以期望的攻击角度和较小的脱靶量拦截机动目标。因为在导引律表达式中没有视线角的高阶导数,所以设计的考虑导弹自动驾驶仪二阶动态特性的带终端攻击角度约束的新型导引律易于实际应用。针对实际应用中导弹的加加速度不能直接测量,应用动态面控制方法和观测器设计理论,设计两种带观测器考虑导弹自动驾驶仪二阶动态特性的导引律和带观测器的攻击角度约束导引律,并证明该导引律构成的制导系统的稳定性。仿真验证设计的带观测器的导引律对目标非机动和机动都有效,该导引律有效补偿了导弹自动驾驶仪的动态特性,在导弹自动驾驶仪滞后较大的情况下,仍能导引导弹精确地拦截大机动目标。该导引律中没有使用视线角的高阶导数。基于平面内目标和导弹相对运动方程,考虑导弹自动驾驶仪二阶动态特性,通过合理选择滑模面,应用滑模控制方法和有限时间收敛控制理论,设计有限时间收敛导引律。对所设计的导引律构成的制导系统进行稳定性分析,证明该制导系统能有限时间收敛到滑模面,并且在滑模面上系统的状态能够指数收敛到零。仿真验证设计的导引律对拦截非机动目标和机动目标都有效,该导引律克服了导弹自动驾驶仪的动态特性,制导系统在制导过程结束前能够有限时间收敛。由于设计的有限时间收敛导引律表达式中不含有视线角的高阶导数,所以更易于实际应用。
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