弹道导弹的自适应模糊滑模控制研究
赵红超 范绍里 徐君明 王 东
海军航空工程学院,烟台264001
摘 要 对弹道导弹的三通道非线性模型进行了分析,为了实现三通道的解耦设计,简化控制系统结构,将通道间的耦合项和干扰项看作是单个通道的不确定项,从而将非线性模型转化为一种解耦形式。在此基础上,采用自适应模糊滑模控制方法设计了弹道导弹的推力矢量控制系统。自适应模糊滑模控制方法利用自适应模糊控制器来调节滑模控制参数,对不确定项的边界进行估计和补偿,保证了系统的跟踪误差指数地收敛到零。仿真结果表明了该控制方法的有效性。
关键词 弹道导弹;非线性模型;不确定项;自适应模糊滑模控制
中图分类号:TJ765•2+3 文献标识码:A
文章编号:1006-3242(2009)01-0049-04弹道导弹的主动段飞行主要采用推力矢量控制(ThrustVectorContro,l TVC)技术控制导弹的飞行姿态和弹道轨迹[1]。推力矢量控制按其使推力偏向的手段不同一般分为3类:摆动喷管型、二次喷射型和机械导流板(偏向板)型[2];新型弹道导弹就采用了摆动喷管型推力矢量控制技术。在飞行过程中导弹会受到多种干扰因素的影响,引起导弹姿态及飞行弹道偏离预定状态。为此,研究快速性好、鲁棒性强的新型推力矢量控制系统非常必要。
近年来,一些研究者对自适应模糊滑模控制[3-6]方法进行了研究,该控制方法综合了滑模控制和自适应模糊逻辑控制的优点,它利用滑模控制器保证了系统的稳定性和快速性,并利用自适应模糊控制器实时调节滑模控制器的参数,实现对系统不确定项的估计和补偿,提高了系统的鲁棒性。因此,它能够满足新型推力矢量控制系统的设计要求。
本文将自适应模糊滑模控制方法应用于弹道导弹的推力矢量控制系统中,设计了发动机喷管摆角的控制律,保证了系统的跟踪误差指数地收敛到零。最后进行了仿真分析,仿真结果验证了该控制方法的有效性。
1 弹道导弹的非线性模型
考虑到弹道导弹所受的干扰作用比较大,导弹飞行的小扰动假设将不再成立,若采用小扰动线性模型作为研究对象,就会引起较大的分析误差,从而影响弹道导弹的控制精度。因此,下面对描述弹道导弹姿态运动的三通道非线性模型进行研究。新型弹道导弹的主发动机喷管采用了可以全轴摆动的柔性单喷管,它控制导弹的俯仰和偏航运动;滚动通道由辅助的滚控发动机的2个旋转喷管单独控制。以发射惯性坐标系作为参考坐标系,建立弹道导弹绕质心转动的运动学方程如下:
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