基于控制分配的復合控制導彈制導控制一體化設計

李雨濤 李愛軍 張金鵬 張公平 劉祥 郭永

DOI：10.19297/j.cnki.41-1228/tj.2018.06.005

摘要：為了滿足現(xiàn)代戰(zhàn)爭對導彈更高的性能要求，本文將導彈制導與控制系統(tǒng)作為一個整體，進行一體化設計。以發(fā)動機引流直接力/氣動力復合控制的空空導彈為例，建立了俯仰通道一體化模型。針對直接力/氣動力復合控制方式的特點，設計了一種自適應反演滑模控制的制導控制一體化算法。利用控制分配將期望控制量映射到直接力裝置和升降舵面。仿真結果表明，本文所設計的一體化制導控制系統(tǒng)具有較強的魯棒性，可以實現(xiàn)精確制導與控制。

關鍵詞：空空導彈;復合控制;滑模控制;控制分配;制導控制一體化

中圖分類號：TJ765;V448文獻標識碼：A文章編號：1673-5048（2018）06-0032-07[SQ0]

0引言

空中戰(zhàn)爭的目標正逐漸變?yōu)楦呖铡⒏咚佟⒋髾C動、具有智能逃逸和隱身技術的新型飛行器，這些目標對空空導彈的性能提出了更高的要求，尤其是攔截能力，要求空空導彈具備對機動目標“直接碰撞殺傷”能力[1]。為了滿足導彈制導與控制系統(tǒng)的性能要求，解決傳統(tǒng)設計方法中的不足，需要充分利用導彈制導系統(tǒng)與控制系統(tǒng)之間的相互作用，進行一體化設計。傳統(tǒng)設計方法存在制導系統(tǒng)與控制系統(tǒng)之間的指令傳輸延遲和導彈在接近目標時可能存在的固有不穩(wěn)定性等問題，因而對導彈制導與控制一體化設計（IntegratedGuidanceandControl，IGC）方法的研究就顯得非常必要。

學者們在這方面已經(jīng)做了大量的研究工作，董飛垚等[2]將傳統(tǒng)導彈的制導控制問題轉化成一個三階積分鏈系統(tǒng)，基于高階滑?？刂评碚搶椷M行制導與控制一體化設計;同時針對模型中存在目標機動等不確定性，采用超扭曲算法設計了補償控制律。畢永濤等[3]選擇零效脫靶量和彈體角加速度作為系統(tǒng)評價輸出，提出一種基于輸出穩(wěn)定的復合控制策略。周覲等[4]考慮導彈自身的參數(shù)攝動和建模不確定性，應用高階滑模微分器和神經(jīng)網(wǎng)絡模型進行在線逼近。Bhavnesh[5]等提出了一種基于連續(xù)時間預測控制的新型綜合制導控制方案。

另一方面，傳統(tǒng)的單純依靠氣動力的控制方案很難滿足導彈的發(fā)展需求，新的復合控制技術應運而生[6]。直接力/氣動力復合控制能補償導彈低動壓下的控制能力，使中遠距空空導彈獲得與格斗彈相同的離軸發(fā)射甚至越肩發(fā)射能力，實現(xiàn)遠距攔射與近距格斗的結合，同時還能顯著降低自動駕駛儀的響應時間[7]，從而提高制導回路的響應速度，實現(xiàn)對新型飛行器的高精度攔截。

舒燕軍等[8]利用動態(tài)面反步法進行制導與控制一體化設計，同時設計了非線性干擾觀測器對

復合控制導彈制導控制一體化模型中存在的不確定性進行估計和補償。王昭磊等[9]利用滑模反演

控制方法針對姿控式復合控制導彈進行制導與控制一體化設計，同時構造自適應誤差滑模面來不斷逼近誤差和有界干擾。

本文以發(fā)動機引流直接力/氣動力復合控制空空導彈為例，對其控制系統(tǒng)與制導系統(tǒng)設計方法進行了深入研究。針對直接力/氣動力復合控制方式的特點，基于滑?？刂?、反演控制和控制分配方法設計了直接力/氣動力復合控制空空導彈俯仰通道制導與控制一體化控制算法。

空導彈俯仰通道進行制導控制一體化設計。首先建立了直接力/氣動力復合控制空空導彈俯仰通道制導控制一體化模型，將其處理為嚴格反饋的三階系統(tǒng)。然后在考慮氣動參數(shù)的不確定性和目標存在機動的情況下，采用自適應反演滑?？刂品椒▽秃峡刂瓶湛諏椷M行制導控制一體化設計。仿真結果表明，該方法能夠很好地處理目標機動和氣動參數(shù)攝動等不確定性，使直接力/氣動力復合控制空空導彈能夠獲得較高的制導控制精度。

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