發(fā)布時(shí)間：2016-11-15 02:23

  本文關(guān)鍵詞：三維魯棒非線性導(dǎo)引律設(shè)計(jì)若干問題研究，由筆耕文化傳播整理發(fā)布。

《中國科學(xué)技術(shù)大學(xué)》 2015年

三維魯棒非線性導(dǎo)引律設(shè)計(jì)若干問題研究

廖飛  

【摘要】：大機(jī)動(dòng)目標(biāo)的的攔截問題是導(dǎo)彈導(dǎo)引律設(shè)計(jì)的重要課題之一。導(dǎo)彈與目標(biāo)的相對(duì)運(yùn)動(dòng)的動(dòng)力學(xué)模型和運(yùn)動(dòng)學(xué)模型是具有強(qiáng)非線性的數(shù)學(xué)模型,在攔截大機(jī)動(dòng)目標(biāo)時(shí),由于執(zhí)行器或傳感器的能力有限,存在輸入受限或測量信息不全的情況,這就更加增加了設(shè)計(jì)基于不完整測量信息和輸入飽和的導(dǎo)引律的要求。本文以尋的導(dǎo)彈攔截大機(jī)動(dòng)目標(biāo)為背景,研究了考慮測量信息不全、輸入飽和、目標(biāo)大機(jī)動(dòng)性、執(zhí)行器失效及額外擾動(dòng)等因素情形下的導(dǎo)引律設(shè)計(jì)問題,主要類容包括： 首先,在所需測量信息都可靠的情況下,研究了能夠抗目標(biāo)機(jī)動(dòng)性、額外擾動(dòng)、執(zhí)行器輸入限制和執(zhí)行器部分失效的導(dǎo)引律設(shè)計(jì)問題。針對(duì)大機(jī)動(dòng)目標(biāo)攔截問題,首先考慮執(zhí)行器部分失效、額外擾動(dòng)和目標(biāo)機(jī)動(dòng)性因素,而不考慮輸入限制因素前提下,基于輸入-狀態(tài)穩(wěn)定性(ISS)理論和零化視線角速率思想設(shè)計(jì)了使得角速率針對(duì)機(jī)動(dòng)目標(biāo)具有ISS穩(wěn)定性的容錯(cuò)導(dǎo)引律,通過理論分析說明該導(dǎo)引律使得視線角速率收斂到零點(diǎn)的任意小鄰域內(nèi),并通過仿真實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證了其的有效性。然后,通過構(gòu)造新型飽和函數(shù),改造ISS容錯(cuò)導(dǎo)引律,使其具有對(duì)抗輸入限制的特性,利用Lyapunov急定性理論嚴(yán)格保證了輸入飽和限制下的該導(dǎo)引律的穩(wěn)定性,理論分析和數(shù)學(xué)仿真表明加入新型飽和函數(shù)之后依然能夠保證該ISS容錯(cuò)導(dǎo)引律的性能。 然后,在簡單考慮輸入限制的情況下,研究了測量信息不完整的情況下的僅基于視線角測量信息的導(dǎo)引律設(shè)計(jì)和實(shí)現(xiàn)問題。在實(shí)際導(dǎo)彈攔截機(jī)動(dòng)目標(biāo)的問題中,測量得到的視線角速率可能混雜了導(dǎo)彈自身的姿態(tài)角速率信息而不準(zhǔn)確,并且普通的雷達(dá)很難獲得精確的視線角速率信息,從而影響了導(dǎo)引律的精度和實(shí)現(xiàn)。另外,更多的傳感器使得系統(tǒng)更加復(fù)雜。先設(shè)計(jì)不考慮輸入限制因素的,僅需要視線角速率測量信息的導(dǎo)引律。然后,在該導(dǎo)引律的基礎(chǔ)上設(shè)計(jì)H∞觀測器對(duì)視線角速率進(jìn)行估計(jì),最終得到僅僅基于視線角測量信息的三維魯棒非線性導(dǎo)引律,并且在引入H∞觀測器前提下,視線角速率和觀測誤差的平衡點(diǎn)具有ISS穩(wěn)定性,理論分析和數(shù)值仿真表明基于H∞觀測器的導(dǎo)引律具有重現(xiàn)ISS穩(wěn)定性的能力。 再后,研究了同時(shí)考慮輸入飽和和測量信息不完整的情況下的導(dǎo)引律設(shè)計(jì)問題。利用基于死區(qū)算子的飽和模型描述導(dǎo)引律控制系統(tǒng)中的飽和現(xiàn)象,并且采用ISS穩(wěn)定性原理和反步設(shè)計(jì)法設(shè)計(jì)了針對(duì)視線角速率全局ISS穩(wěn)定的導(dǎo)引律。理論分析說明在該控制律作用下,通過調(diào)節(jié)參數(shù),能夠使視線角速率收斂到任意小的鄰域內(nèi)。最后,通過設(shè)計(jì)H∞觀測器對(duì)視線角速率進(jìn)行估計(jì),獲得基于視線角、相對(duì)速率和相對(duì)距離測量信息,既能處理控制輸入飽和非線性,又能抑制目標(biāo)機(jī)動(dòng)性的抗輸入飽和的三維非線性導(dǎo)引律。更進(jìn)一步,考慮了視線角測量信息不精確時(shí)的導(dǎo)彈導(dǎo)引律設(shè)計(jì)問題。數(shù)值仿真驗(yàn)證了該導(dǎo)引律的有效性。 最后,為了更進(jìn)一步將姿態(tài)控制納入導(dǎo)引律設(shè)計(jì)過程中,首先考慮了剛體姿態(tài)控制律的設(shè)計(jì)問題,為后續(xù)研究打下基礎(chǔ)。利用小增益定理設(shè)計(jì)姿態(tài)控制律,使其能夠跟蹤期望的姿態(tài)角,并且更容易獲得狀態(tài)反饋的信息,實(shí)現(xiàn)了對(duì)額外擾動(dòng)的有效抑制。數(shù)值仿真驗(yàn)證該算法的有效性。

【關(guān)鍵詞】：
【學(xué)位授予單位】：中國科學(xué)技術(shù)大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：博士
【學(xué)位授予年份】：2015
【分類號(hào)】：TP273
【目錄】：

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【參考文獻(xiàn)】

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