基于自适应模糊快速终端滑模控制的导弹自动驾驶仪设计
李前国,姜长生,黄国勇
(南京航空航天大学自动化学院,江苏南京210016)
摘 要:针对一类多输入多输出非线性不确定系统,提出了自适应模糊快速终端滑模控制方法并应用于导弹自动驾驶仪的设计。利用模糊系统具有以任意精度逼近非线性系统的能力对未知干扰和不确定性进行逼近,并通过鲁棒项提高了系统性能。基于Lyapunov方法,证明了闭环系统所有信号渐进收敛。最后利用本文提出的控制方案设计了6自由度导弹的自动驾驶仪,仿真结果表明了控制方案的有效性和鲁棒性。
关键词:导弹;自动驾驶仪;滑模控制;自适应模糊控制; 6自由度
中图分类号:V 448; TJ 76 文献标志码:A
引 言
鉴于防空导弹在现代战争中的重要地位和作用,美俄等军事强国都着力发展防空导弹武器,发展机动性能更强的导弹。传统的导弹自动驾驶仪都是基于三通道(俯仰、偏航、滚转)独立的小扰动模型,然而大机动必然要产生大攻角与大侧滑角,而在大攻角与大侧滑角的情况下,三通道间存在严重耦合,再加上导弹的模型不确定性和外在干扰的影响,这都对导弹的稳定性和控制精度提出了更高的要求,传统的小扰动模型设计方法已不再适用。
滑模控制(sliding mode control,SMC)方法主要形成于上世纪70年代[1],并在此之后得到了迅速发展。由于滑模控制本身的优越性,是解决非线性问题的有效手段,因此在导弹控制中得到了广泛的应用[2-4]。近年来,文献[5-7]提出的快速终端滑模控制(fast terminal SMC,FTSMC)使系统状态在有限时间内收敛,突破了普通滑模控制在线性滑模面条件下状态渐进收敛的特点,系统的动态性能优于普通滑模控制,而且相对于线性滑模控制,快速终端滑模无切换项,可有效地消除抖动。
然而由于快速终端滑模无切换项,当系统存在参数摄动和外界干扰时,FTSMC方法的控制性能将降低,甚至失效。文献[8-9]基于模糊理论处理未知干扰和不确定因素对系统的影响,研究了自适应模糊控制方法并应用效果良好。基于以上分析,本文利用模糊系统具有以任意精度一致逼近任何定义在一个致密紧集上的非线性函数的能力,对系统未知干扰和不确定进行估计,并通过鲁棒控制项来提高系统的性能,进而与FTSMC方法相结合,提出了自适应模糊快速终端滑模控制(adaptive fuzzy FTSMC, AFF-
6 结束语
本文提出了一种自适应模糊快速终端滑模控制方案,通过模糊系统的输出逼近未知干扰及不确定性,根据Lya-punov理论设计了模糊系统可调参数的自适应律,理论分析证明了闭环系统所有信号渐进达到稳定。最后应用本文提出的方法设计了导弹自动驾驶仪,仿真结果表明了控制方案的有效性和鲁棒性。
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