三維魯棒非線性導引律設計若干問題研究.pdf

1、大機動目標的的攔截問題是導彈導引律設計的重要課題之一。導彈與目標的相對運動的動力學模型和運動學模型是具有強非線性的數(shù)學模型，在攔截大機動目標時，由于執(zhí)行器或傳感器的能力有限，存在輸入受限或測量信息不全的情況，這就更加增加了設計基于不完整測量信息和輸入飽和的導引律的要求。本文以尋的導彈攔截大機動目標為背景，研究了考慮測量信息不全、輸入飽和、目標大機動性、執(zhí)行器失效及額外擾動等因素情形下的導引律設計問題，主要類容包括:
　　本文首先在

2、所需測量信息都可靠的情況下，研究了能夠抗目標機動性、額外擾動、執(zhí)行器輸入限制和執(zhí)行器部分失效的導引律設計問題。針對大機動目標攔截問題，首先考慮執(zhí)行器部分失效、額外擾動和目標機動性因素，而不考慮輸入限制因素前提下，基于輸入-狀態(tài)穩(wěn)定性(Iss)理論和零化視線角速率思想設計了使得角速率針對機動目標具有ISS穩(wěn)定性的容錯導引律，通過理論分析說明該導引律使得視線角速率收斂到零點的任意小鄰域內(nèi)，并通過仿真實驗驗證了其的有效性。然后，通過構造新型飽

3、和函數(shù)，改造ISS容錯導引律，使其具有對抗輸入限制的特性，利用Lyapunov穩(wěn)定性理論嚴格保證了輸入飽和限制下的該導引律的穩(wěn)定性，理論分析和數(shù)學仿真表明加入新型飽和函數(shù)之后依然能夠保證該ISS容錯導引律的性能。然后，在簡單考慮輸入限制的情況下，研究了測量信息不完整的情況下的僅基于視線角測量信息的導引律設計和實現(xiàn)問題。在實際導彈攔截機動目標的問題中，測量得到的視線角速率可能混雜了導彈自身的姿態(tài)角速率信息而不準確，并且普通的雷達很難獲得精

4、確的視線角速率信息，從而影響了導引律的精度和實現(xiàn)。另外，更多的傳感器使得系統(tǒng)更加復雜。先設計不考慮輸入限制因素的，僅需要視線角速率測量信息的導引律。然后，在該導引律的基礎上設計H∞觀測器對視線角速率進行估計，最終得到僅僅基于視線角測量信息的三維魯棒非線性導引律，并且在引入H∞觀測器前提下，視線角速率和觀測誤差的平衡點具有ISS穩(wěn)定性，理論分析和數(shù)值仿真表明基于H∞觀測器的導引律具有重現(xiàn)ISS穩(wěn)定性的能力。再后，研究了同時考慮輸入飽和和測

5、量信息不完整的情況下的導引律設計問題。利用基于死區(qū)算子的飽和模型描述導引律控制系統(tǒng)中的飽和現(xiàn)象，并且采用ISS穩(wěn)定性原理和反步設計法設計了針對視線角速率全局ISS穩(wěn)定的導引律。理論分析說明在該控制律作用下，通過調(diào)節(jié)參數(shù)，能夠使視線角速率收斂到任意小的鄰域內(nèi)。最后，通過設計H∞觀測器對視線角速率進行估計，獲得基于視線角、相對速率和相對距離測量信息，既能處理控制輸入飽和非線性，又能抑制目標機動性的抗輸入飽和的三維非線性導引律。更進一步，考慮