基于預測控制的大氣層外KKV制導控制規(guī)律研究.pdf

1、高精度目標檢測、快速響應的直接側向力制導與控制技術，是動能攔截器實現對目標直接碰撞攔截的關鍵。由于采用成像導引頭，彈-目相對距離、相對速度無法直接測量，只能利用導引頭測量得到的角度信息對其進行估計，受到可觀性的限制，估計精度有限，因此，必須設計對估計誤差具有較好魯棒性的導引律。此外，攔截器的姿態(tài)控制和軌道控制都是通過安裝在彈體上脈沖發(fā)動機實現的，由于發(fā)動機只能提供常值推力，因此，設計控制律時必須考慮控制量的特點。已有研究結果表明，預測控

2、制方法是解決控制受限問題最有效的方法，而且預測導引律對于大氣層外攔截器來說也是一種性能優(yōu)越的導引律，研究基于預測控制方法的制導控制問題具有重要的理論意義和實際工程價值。
　　本文針對大氣層外攔截器的工作特點，對基于預測控制的開關式制導控制規(guī)律進行了研究。
　　首先，結合大氣層外攔截器結構和執(zhí)行機構特點，建立了攔截器制導和控制問題的數學描述。在姿態(tài)控制建模中考慮了軌控發(fā)動機安裝的推力偏心和質心漂移引起的干擾力矩。根據捷聯成像系

3、統的工作原理，給出了制導控制需要的慣性視線轉率和慣性視線角的提取算法，為制導控制規(guī)律設計及仿真研究奠定了基礎。
　　其次，應用非線性系統可觀性分析方法分析了彈-目相對距離的可觀性，揭示了系統可觀性矩陣奇異值與可觀性之間的關系。結合被動測距的特點及末制導要求，提出了應用滾動時域濾波方法進行彈-目相對距離估計時誤差界的計算方法，并對濾波器參數的選擇方法進行了研究。
　　再次，對于開關控制輸入線性系統，提出了一種魯棒變時域預測控制

4、方法，應用約束“緊縮”的方法，通過適當的調整約束集，在保證算法魯棒性的同時，大大降低了算法的在線計算量，給出了開關控制量情況下，預測控制優(yōu)化問題可行解的構造方法，并給出了系統狀態(tài)進入給定目標集的最大步數。為了保證開關控制輸入系統的穩(wěn)定性，提出了魯棒控制不變集的構造方法。考慮導引頭視場約束條件下，應用提出的預測控制方法設計了開關式姿態(tài)控制律，解決了干擾力矩存在情況下目標脫離視場問題。
　　然后，對于開關控制輸入不確定非線性系統，提出

5、了一種基于Fliess函數展開的預測控制方法。應用非線性系統的Fliess函數展開方法，推導了系統輸出預測值與系統當前時刻狀態(tài)、不確定性以及開關控制輸入之間的關系。在此基礎上，通過選擇二次型代價函數，給出了預測控制所對應優(yōu)化問題的描述?？紤]到有界不確定性情況，提出了一種應用非線性規(guī)劃求解優(yōu)化問題的方法，有效地解決了開關控制輸入不確定非線性系統的設計問題。應用本文所提出的預測控制方法設計了開關式導引律。在開關式導引律設計過程中，考慮了彈-

6、目相對距離的估計誤差和導引頭測量噪聲，將其作為不確定性進行考慮，推導了所設計導引律對應的開關曲線，在此基礎上，應用Lyapunov方法證明了末制導系統是有限時間穩(wěn)定的。
　　最后，對某型大氣層外攔截器制導控制規(guī)律設計進行了研究。根據給定的系統參數和指標要求，確定了控制設計時的一些主要參數。在此基礎上，應用本文提出的方法設計了開關式姿態(tài)控制律和導引律，并對整個開關式制導控制系統的穩(wěn)定性進行了分析。通過仿真分析，研究了推力偏心、質心漂