大气层内助推滑翔战术导弹姿态抗扰控制方法研究

发布时间：2020-09-22 17:09

　　大气层内助推滑翔战术导弹具有射程远、突防能力强、打击精度高等特点,在现代高科技局部战争中具有较好的应用前景。然而由于快时变、强非线性耦合以及模型参数不确定与外界干扰影响,给其姿态控制系统设计带来较大困难。本文基于干扰估计与主动抑制思想,以提高姿态控制系统抗扰能力与控制精度为主要目标,对非线性姿态抗扰控制方法展开了系统深入的研究,主要研究成果如下:研究基于带宽设计的非线性动态逆抗扰控制方法,实现了姿态控制系统的快速设计。基于精确线性化方法,结合扩张状态观测器,对系统总干扰进行估计;通过将总干扰估计值直接引入非线性动态逆控制,达到对系统总干扰的主动抑制;提出基于期望带宽的控制参数设计方法,实现姿态控制系统快速设计;仿真验证了该方法控制参数设计简便易行,且较大程度上提高了大气层内助推滑翔战术导弹姿态控制系统的抗扰能力。研究基于扩张状态观测器的滑模抗扰控制方法,实现了高精度姿态控制系统设计。考虑非匹配干扰影响,采用扩张状态观测器对系统各通道总干扰进行估计,通过将非匹配干扰估计值引入滑模面函数,提出具有较高控制精度的滑模抗扰控制方法,并分析了系统闭环稳定性;蒙特卡洛仿真结果表明,该方法可实现对系统各通道总干扰的主动抑制,较大程度上提高了大气层内助推滑翔战术导弹的姿态跟踪控制精度。研究基于广义扩张状态观测器与等价输入干扰的SDRE抗扰控制方法,实现了输出反馈姿态控制系统设计。基于扩展线性化方法,将原非线性系统转换为含有状态相关系数矩阵的线性系统形式,通过设计干扰补偿增益对系统各通道总干扰进行补偿;同时引入等价输入干扰思想,并结合广义扩张状态观测器,提出SDRE输出反馈抗扰控制方法;仿真验证了SDRE姿态抗扰控制方法能够有效抑制系统各通道干扰影响,可在仅有姿态角测量信息情况下,实现大气层内助推滑翔战术导弹高精度姿态跟踪控制。研究基于非线性干扰观测器的PFC抗扰控制方法,为姿态控制系统设计问题提供了更好的解决途径。基于扩展线性化方法设计非线性预测模型,并考虑由非线性干扰观测器得到的系统各通道总干扰影响,提出基于非线性干扰观测器的预测函数控制(PFC)抗扰控制方法;仿真结果表明,PFC姿态抗扰控制方法计算效率较高,可有效解决系统各通道总干扰主动抑制问题,为大气层内助推滑翔战术导弹姿态控制系统设计问题提供了更好的解决途径。本文以精确线性化与扩展线性化方法为基础,基于干扰估计与主动抑制思想,系统研究了具有不同干扰补偿形式的非线性姿态抗扰控制方法,解决了较大不确定与外界干扰条件下,大气层内助推滑翔战术导弹高精度姿态跟踪控制问题,为进一步扩展抗扰控制方法提供新方向与新思路,同时也对其它各类飞行器高精度姿态控制律设计具有重要的借鉴意义。
【学位单位】：国防科学技术大学
【学位级别】：博士
【学位年份】：2015
【中图分类】：TJ765

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