馬克茂+董繼鵬+張金鵬

摘要：針對機(jī)動目標(biāo)攔截問題，應(yīng)用高階滑模控制方法，設(shè)計了高精度制導(dǎo)律。在制導(dǎo)律設(shè)計過程中，針對目標(biāo)機(jī)動，基于增廣比例導(dǎo)引設(shè)計了滑模變量，考慮二階彈體動態(tài)特性，設(shè)計了二階滑模制導(dǎo)律。應(yīng)用高增益擴(kuò)張狀態(tài)觀測器對制導(dǎo)信息進(jìn)行估計，完成了制導(dǎo)律的實現(xiàn)。數(shù)值仿真結(jié)果驗證了方法的有效性。

關(guān)鍵詞：導(dǎo)彈；機(jī)動目標(biāo)；制導(dǎo)律；高階滑?？刂疲桓咴鲆嬗^測器

中圖分類號：TJ765.3 文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A 文章編號：1673-5048（2014）05-0009-06

0 引言

在末制導(dǎo)過程中，影響制導(dǎo)精度的主要因素是目標(biāo)的逃逸機(jī)動和導(dǎo)彈過載響應(yīng)的彈體動態(tài)特性[1]。對于非機(jī)動目標(biāo)，不考慮彈體動態(tài)特性的影響，比例導(dǎo)引是一定性能指標(biāo)下的最優(yōu)制導(dǎo)律[2]。對于針對機(jī)動目標(biāo)攔截的情況，一種處理方法是將目標(biāo)機(jī)動作為不確定外部擾動進(jìn)行處理[3]，采用對不確定性具有適應(yīng)性的控制方法，如滑?？刂品椒ǎM(jìn)行制導(dǎo)律設(shè)計。另一種處理方法是在比例導(dǎo)引的基礎(chǔ)上，對目標(biāo)機(jī)動加速度進(jìn)行前饋補(bǔ)償而構(gòu)成增廣比例導(dǎo)引，則可以實現(xiàn)與比例導(dǎo)引相同的最優(yōu)性能。在實際應(yīng)用中，為實現(xiàn)這種最優(yōu)性，需要解決兩個問題：一是目標(biāo)機(jī)動加速度的估計問題；一是如何消除彈體動態(tài)特性的影響。針對目標(biāo)機(jī)動加速度的估計問題，主要的解決思路是應(yīng)用濾波方法[4]或狀態(tài)觀測器方法[5]。在考慮彈體動態(tài)特性的影響時，一般都是用一階或二階慣性環(huán)節(jié)來描述彈體的動態(tài)特性。文獻(xiàn)[6]考慮一階彈體動態(tài)特性，設(shè)計了針對機(jī)動目標(biāo)的變結(jié)構(gòu)制導(dǎo)律。由于彈體動態(tài)環(huán)節(jié)一般是高階系統(tǒng)，因此采用二階慣性環(huán)節(jié)進(jìn)行建模，具有更大的實際意義[7]。

滑模控制廣泛應(yīng)用于制導(dǎo)律的設(shè)計，但常規(guī)滑模系統(tǒng)要求的相對階為1，當(dāng)考慮彈體動態(tài)特性的影響時，常規(guī)滑模制導(dǎo)律的設(shè)計存在一定的難度，而這一困難可以通過高階滑模進(jìn)行克服[8]。在滑模制導(dǎo)律中引入等效控制，可以降低滑模制導(dǎo)律中切換控制量的幅值，進(jìn)而改善制導(dǎo)系統(tǒng)的性能，但同傳統(tǒng)制導(dǎo)律相比，需要對更多的制導(dǎo)信息進(jìn)行估計。

將高增益擴(kuò)張狀態(tài)觀測器應(yīng)用于制導(dǎo)信息的估計，可以利用高增益來保證估計精度和估計過程的快速收斂性，并通過觀測器狀態(tài)的擴(kuò)張完成對目標(biāo)機(jī)動加速度等制導(dǎo)信息的估計[9-11]。隨著觀測器增益的提高，可以實現(xiàn)對狀態(tài)反饋控制的性能復(fù)原，但測量噪聲的存在，實際應(yīng)用中觀測器的增益受到限制[12]。

本文針對機(jī)動目標(biāo)攔截問題，采用高階滑模方法進(jìn)行制導(dǎo)律設(shè)計，以方便考慮高階彈體動態(tài)環(huán)節(jié)。對制導(dǎo)律中所需要的視線轉(zhuǎn)率、目標(biāo)機(jī)動等制導(dǎo)信息，利用高增益擴(kuò)張狀態(tài)觀測器進(jìn)行估計。

摘要：針對機(jī)動目標(biāo)攔截問題，應(yīng)用高階滑?？刂品椒?，設(shè)計了高精度制導(dǎo)律。在制導(dǎo)律設(shè)計過程中，針對目標(biāo)機(jī)動，基于增廣比例導(dǎo)引設(shè)計了滑模變量，考慮二階彈體動態(tài)特性，設(shè)計了二階滑模制導(dǎo)律。應(yīng)用高增益擴(kuò)張狀態(tài)觀測器對制導(dǎo)信息進(jìn)行估計，完成了制導(dǎo)律的實現(xiàn)。數(shù)值仿真結(jié)果驗證了方法的有效性。

關(guān)鍵詞：導(dǎo)彈；機(jī)動目標(biāo)；制導(dǎo)律；高階滑?？刂?；高增益觀測器

中圖分類號：TJ765.3 文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A 文章編號：1673-5048（2014）05-0009-06

0 引言

在末制導(dǎo)過程中，影響制導(dǎo)精度的主要因素是目標(biāo)的逃逸機(jī)動和導(dǎo)彈過載響應(yīng)的彈體動態(tài)特性[1]。對于非機(jī)動目標(biāo)，不考慮彈體動態(tài)特性的影響，比例導(dǎo)引是一定性能指標(biāo)下的最優(yōu)制導(dǎo)律[2]。對于針對機(jī)動目標(biāo)攔截的情況，一種處理方法是將目標(biāo)機(jī)動作為不確定外部擾動進(jìn)行處理[3]，采用對不確定性具有適應(yīng)性的控制方法，如滑?？刂品椒?，進(jìn)行制導(dǎo)律設(shè)計。另一種處理方法是在比例導(dǎo)引的基礎(chǔ)上，對目標(biāo)機(jī)動加速度進(jìn)行前饋補(bǔ)償而構(gòu)成增廣比例導(dǎo)引，則可以實現(xiàn)與比例導(dǎo)引相同的最優(yōu)性能。在實際應(yīng)用中，為實現(xiàn)這種最優(yōu)性，需要解決兩個問題：一是目標(biāo)機(jī)動加速度的估計問題；一是如何消除彈體動態(tài)特性的影響。針對目標(biāo)機(jī)動加速度的估計問題，主要的解決思路是應(yīng)用濾波方法[4]或狀態(tài)觀測器方法[5]。在考慮彈體動態(tài)特性的影響時，一般都是用一階或二階慣性環(huán)節(jié)來描述彈體的動態(tài)特性。文獻(xiàn)[6]考慮一階彈體動態(tài)特性，設(shè)計了針對機(jī)動目標(biāo)的變結(jié)構(gòu)制導(dǎo)律。由于彈體動態(tài)環(huán)節(jié)一般是高階系統(tǒng)，因此采用二階慣性環(huán)節(jié)進(jìn)行建模，具有更大的實際意義[7]。

滑模控制廣泛應(yīng)用于制導(dǎo)律的設(shè)計，但常規(guī)滑模系統(tǒng)要求的相對階為1，當(dāng)考慮彈體動態(tài)特性的影響時，常規(guī)滑模制導(dǎo)律的設(shè)計存在一定的難度，而這一困難可以通過高階滑模進(jìn)行克服[8]。在滑模制導(dǎo)律中引入等效控制，可以降低滑模制導(dǎo)律中切換控制量的幅值，進(jìn)而改善制導(dǎo)系統(tǒng)的性能，但同傳統(tǒng)制導(dǎo)律相比，需要對更多的制導(dǎo)信息進(jìn)行估計。

將高增益擴(kuò)張狀態(tài)觀測器應(yīng)用于制導(dǎo)信息的估計，可以利用高增益來保證估計精度和估計過程的快速收斂性，并通過觀測器狀態(tài)的擴(kuò)張完成對目標(biāo)機(jī)動加速度等制導(dǎo)信息的估計[9-11]。隨著觀測器增益的提高，可以實現(xiàn)對狀態(tài)反饋控制的性能復(fù)原，但測量噪聲的存在，實際應(yīng)用中觀測器的增益受到限制[12]。

本文針對機(jī)動目標(biāo)攔截問題，采用高階滑模方法進(jìn)行制導(dǎo)律設(shè)計，以方便考慮高階彈體動態(tài)環(huán)節(jié)。對制導(dǎo)律中所需要的視線轉(zhuǎn)率、目標(biāo)機(jī)動等制導(dǎo)信息，利用高增益擴(kuò)張狀態(tài)觀測器進(jìn)行估計。

摘要：針對機(jī)動目標(biāo)攔截問題，應(yīng)用高階滑?？刂品椒ǎO(shè)計了高精度制導(dǎo)律。在制導(dǎo)律設(shè)計過程中，針對目標(biāo)機(jī)動，基于增廣比例導(dǎo)引設(shè)計了滑模變量，考慮二階彈體動態(tài)特性，設(shè)計了二階滑模制導(dǎo)律。應(yīng)用高增益擴(kuò)張狀態(tài)觀測器對制導(dǎo)信息進(jìn)行估計，完成了制導(dǎo)律的實現(xiàn)。數(shù)值仿真結(jié)果驗證了方法的有效性。

關(guān)鍵詞：導(dǎo)彈；機(jī)動目標(biāo)；制導(dǎo)律；高階滑?？刂?；高增益觀測器

中圖分類號：TJ765.3 文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A 文章編號：1673-5048（2014）05-0009-06

0 引言

在末制導(dǎo)過程中，影響制導(dǎo)精度的主要因素是目標(biāo)的逃逸機(jī)動和導(dǎo)彈過載響應(yīng)的彈體動態(tài)特性[1]。對于非機(jī)動目標(biāo)，不考慮彈體動態(tài)特性的影響，比例導(dǎo)引是一定性能指標(biāo)下的最優(yōu)制導(dǎo)律[2]。對于針對機(jī)動目標(biāo)攔截的情況，一種處理方法是將目標(biāo)機(jī)動作為不確定外部擾動進(jìn)行處理[3]，采用對不確定性具有適應(yīng)性的控制方法，如滑?？刂品椒?，進(jìn)行制導(dǎo)律設(shè)計。另一種處理方法是在比例導(dǎo)引的基礎(chǔ)上，對目標(biāo)機(jī)動加速度進(jìn)行前饋補(bǔ)償而構(gòu)成增廣比例導(dǎo)引，則可以實現(xiàn)與比例導(dǎo)引相同的最優(yōu)性能。在實際應(yīng)用中，為實現(xiàn)這種最優(yōu)性，需要解決兩個問題：一是目標(biāo)機(jī)動加速度的估計問題；一是如何消除彈體動態(tài)特性的影響。針對目標(biāo)機(jī)動加速度的估計問題，主要的解決思路是應(yīng)用濾波方法[4]或狀態(tài)觀測器方法[5]。在考慮彈體動態(tài)特性的影響時，一般都是用一階或二階慣性環(huán)節(jié)來描述彈體的動態(tài)特性。文獻(xiàn)[6]考慮一階彈體動態(tài)特性，設(shè)計了針對機(jī)動目標(biāo)的變結(jié)構(gòu)制導(dǎo)律。由于彈體動態(tài)環(huán)節(jié)一般是高階系統(tǒng)，因此采用二階慣性環(huán)節(jié)進(jìn)行建模，具有更大的實際意義[7]。

滑?？刂茝V泛應(yīng)用于制導(dǎo)律的設(shè)計，但常規(guī)滑模系統(tǒng)要求的相對階為1，當(dāng)考慮彈體動態(tài)特性的影響時，常規(guī)滑模制導(dǎo)律的設(shè)計存在一定的難度，而這一困難可以通過高階滑模進(jìn)行克服[8]。在滑模制導(dǎo)律中引入等效控制，可以降低滑模制導(dǎo)律中切換控制量的幅值，進(jìn)而改善制導(dǎo)系統(tǒng)的性能，但同傳統(tǒng)制導(dǎo)律相比，需要對更多的制導(dǎo)信息進(jìn)行估計。

將高增益擴(kuò)張狀態(tài)觀測器應(yīng)用于制導(dǎo)信息的估計，可以利用高增益來保證估計精度和估計過程的快速收斂性，并通過觀測器狀態(tài)的擴(kuò)張完成對目標(biāo)機(jī)動加速度等制導(dǎo)信息的估計[9-11]。隨著觀測器增益的提高，可以實現(xiàn)對狀態(tài)反饋控制的性能復(fù)原，但測量噪聲的存在，實際應(yīng)用中觀測器的增益受到限制[12]。

本文針對機(jī)動目標(biāo)攔截問題，采用高階滑模方法進(jìn)行制導(dǎo)律設(shè)計，以方便考慮高階彈體動態(tài)環(huán)節(jié)。對制導(dǎo)律中所需要的視線轉(zhuǎn)率、目標(biāo)機(jī)動等制導(dǎo)信息，利用高增益擴(kuò)張狀態(tài)觀測器進(jìn)行估計。