三维鲁棒非线性导引律设计若干问题研究

发布时间：2016-11-15 02:23

  本文关键词：三维鲁棒非线性导引律设计若干问题研究，由笔耕文化传播整理发布。

《中国科学技术大学》 2015年

三维鲁棒非线性导引律设计若干问题研究

廖飞  

【摘要】：大机动目标的的拦截问题是导弹导引律设计的重要课题之一。导弹与目标的相对运动的动力学模型和运动学模型是具有强非线性的数学模型,在拦截大机动目标时,由于执行器或传感器的能力有限,存在输入受限或测量信息不全的情况,这就更加增加了设计基于不完整测量信息和输入饱和的导引律的要求。本文以寻的导弹拦截大机动目标为背景,研究了考虑测量信息不全、输入饱和、目标大机动性、执行器失效及额外扰动等因素情形下的导引律设计问题,主要类容包括： 首先,在所需测量信息都可靠的情况下,研究了能够抗目标机动性、额外扰动、执行器输入限制和执行器部分失效的导引律设计问题。针对大机动目标拦截问题,首先考虑执行器部分失效、额外扰动和目标机动性因素,而不考虑输入限制因素前提下,基于输入-状态稳定性(ISS)理论和零化视线角速率思想设计了使得角速率针对机动目标具有ISS稳定性的容错导引律,通过理论分析说明该导引律使得视线角速率收敛到零点的任意小邻域内,并通过仿真实验验证了其的有效性。然后,通过构造新型饱和函数,改造ISS容错导引律,使其具有对抗输入限制的特性,利用Lyapunov急定性理论严格保证了输入饱和限制下的该导引律的稳定性,理论分析和数学仿真表明加入新型饱和函数之后依然能够保证该ISS容错导引律的性能。 然后,在简单考虑输入限制的情况下,研究了测量信息不完整的情况下的仅基于视线角测量信息的导引律设计和实现问题。在实际导弹拦截机动目标的问题中,测量得到的视线角速率可能混杂了导弹自身的姿态角速率信息而不准确,并且普通的雷达很难获得精确的视线角速率信息,从而影响了导引律的精度和实现。另外,更多的传感器使得系统更加复杂。先设计不考虑输入限制因素的,仅需要视线角速率测量信息的导引律。然后,在该导引律的基础上设计H∞观测器对视线角速率进行估计,最终得到仅仅基于视线角测量信息的三维鲁棒非线性导引律,并且在引入H∞观测器前提下,视线角速率和观测误差的平衡点具有ISS稳定性,理论分析和数值仿真表明基于H∞观测器的导引律具有重现ISS稳定性的能力。 再后,研究了同时考虑输入饱和和测量信息不完整的情况下的导引律设计问题。利用基于死区算子的饱和模型描述导引律控制系统中的饱和现象,并且采用ISS稳定性原理和反步设计法设计了针对视线角速率全局ISS稳定的导引律。理论分析说明在该控制律作用下,通过调节参数,能够使视线角速率收敛到任意小的邻域内。最后,通过设计H∞观测器对视线角速率进行估计,获得基于视线角、相对速率和相对距离测量信息,既能处理控制输入饱和非线性,又能抑制目标机动性的抗输入饱和的三维非线性导引律。更进一步,考虑了视线角测量信息不精确时的导弹导引律设计问题。数值仿真验证了该导引律的有效性。 最后,为了更进一步将姿态控制纳入导引律设计过程中,首先考虑了刚体姿态控制律的设计问题,为后续研究打下基础。利用小增益定理设计姿态控制律,使其能够跟踪期望的姿态角,并且更容易获得状态反馈的信息,实现了对额外扰动的有效抑制。数值仿真验证该算法的有效性。

【关键词】：
【学位授予单位】：中国科学技术大学
【学位级别】：博士
【学位授予年份】：2015
【分类号】：TP273
【目录】：

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