采用滑模控制器提高稳定控制系统快速响应的研究
摘 要:由于采用传统的稳定控制系统设计方法使得导弹弹体对不同大小指令信号响应的品质特性差异较大,因此主要研究了在传统的稳定控制系统设计方法的基础上,采用滑模变结构控制器来调节控制参数,较好地解决了稳定控制系统对大小指令信号时域响应特性差异较大的问题,提高了稳定控制系统的快速响应能力。
引 言
世界军事的发展历来就是攻、防对抗双方的相互发展。目前战术弹道导弹已成为防空体系的主要威胁之一,高空高速巡航弹、空天飞机、隐身飞机等新的威胁不断出现。由于导弹与目标相对运动速度很大,留给精确制导时间越来越有限,这就对防空导弹的快速响应性和机动性提出了特别要求,要求导弹具有快速响应及大过载能力。
由于弹体非线性交耦严重,控制通道间也存在交叉耦和,采用传统的稳定控制系统设计方法使得弹体对大小指令信号响应的品质特性差异较大。本文主要研究在传统的稳定控制系统设计方法的基础上,采用滑模变结构控制器来调节控制参数,较好的解决了稳定控制系统对大小指令信号时域响应特性差异较大的问题,提高了稳定控制系统的快速响应能力。
滑模变结构控制[1]作为一种非线性控制,它与
常规控制的根本区别在于控制的不连续性,即一种使系统“结构”随切换法则变化的开关特性,该控制特性可以迫使系统在一定条件下沿规定的状态轨迹做小幅度、高频率的上下运动,即滑动模态或“滑模”运动。这种滑动模态是可以设计的,且在一定条件下滑动模态运动方程具有对系统的参数摄动和外干扰的不变性,即理想的、完全的鲁棒性,这是变结构控制的最突出的一个优点。
所谓滑动模态是指系统的状态被限制在某一子流形上运动。
1 滑模变结构控制器设计
根据稳定控制回路设计指标要求,首先确定采用气动舵控制的导弹稳定控制回路结构,然后利用滑模变结构控制方法构造反馈通道的滑动模态、设计反馈通道的滑模控制器。
1•1 稳定控制回路结构
导弹稳定控制系统是由自动驾驶仪和作为被控对象的导弹弹体动力学环节组成。稳定控制回路是整个导弹制导回路中的一个小回路,它常采用俯仰、偏航和滚动3个通道独立控制的形式。控制俯仰和偏航运动的回路通常称为侧向稳定回路,控制滚动运动的回路通常称为滚动稳定回路;图1为侧向稳定控制回路的原理框图[2-4]。
从表2可以看出,引入滑模控制后,稳定控制系统对大小指令信号响应的动态品质基本一致,大大地提高了稳定控制系统对小指令信号响应的动态品质。
3 结 束 语
本文探讨了将滑模变结构控制与传统稳定控制回路设计方法相结合进行导弹稳定回路设计,通过合理构造滑模面及切换函数,较好地解决了稳定控制系统对大小指令信号时域响应特性差异较大的问题;仿真结果表明,引入滑模控制器可以大大提高稳定控制系统的动态品质特性,有效提高稳定控制系统的快速响应能力。
|
