基于模糊規(guī)則的直接力引入時(shí)機(jī)設(shè)計(jì)方法

宋廣潤

(71315部隊(duì),河南商丘 476000)

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基于模糊規(guī)則的直接力引入時(shí)機(jī)設(shè)計(jì)方法

宋廣潤

(71315部隊(duì),河南商丘 476000)

為解決在末制導(dǎo)階段引入直接力控制的時(shí)機(jī)問題,提出了一種基于模糊規(guī)則的設(shè)計(jì)方法。文中以應(yīng)用廣泛的比例導(dǎo)引律為基礎(chǔ),將剩余時(shí)間、目標(biāo)機(jī)動(dòng)、導(dǎo)彈需用過載、導(dǎo)彈速度這四個(gè)影響直接力引入時(shí)間的因素綜合考慮,對直接力引入時(shí)機(jī)進(jìn)行分析,利用模糊規(guī)則將四者綜合,得到直接力引入時(shí)機(jī)。通過數(shù)字仿真,驗(yàn)證了該設(shè)計(jì)方法能夠有效解決在末制導(dǎo)階段直接力引入時(shí)機(jī)問題。

直接力控制;引入時(shí)機(jī);模糊規(guī)則

0 引言

現(xiàn)階段精確制導(dǎo)導(dǎo)彈趨于向高速、高機(jī)動(dòng)方向發(fā)展,因此導(dǎo)彈的攔截也必須考慮實(shí)現(xiàn)對高速、高機(jī)動(dòng)目標(biāo)的有效打擊。由于氣動(dòng)力在響應(yīng)時(shí)間和最大過載方面的限制,出現(xiàn)了利用直接力彌補(bǔ)氣動(dòng)力的不足,提高導(dǎo)彈機(jī)動(dòng)能力的方法。引入直接力需要面對一個(gè)很關(guān)鍵的問題,就是直接力何時(shí)引入才能夠有效的提高機(jī)動(dòng)能力,減小脫靶量。直接力引入過早或過晚都會(huì)降低導(dǎo)彈的制導(dǎo)精度[1]。有相關(guān)文獻(xiàn)提出,可以根據(jù)剩余時(shí)間、相對距離、導(dǎo)彈需求過載占?xì)鈩?dòng)力所能提供最大過載的比例等因素來確定直接力引入時(shí)機(jī),而且都具有各自的優(yōu)勢和特點(diǎn),同時(shí)這幾種方法也都存在著各種限制[1]。從目前的研究現(xiàn)狀來看上述各種因素對于直接力引入時(shí)機(jī)到底有怎樣的影響,對最終的脫靶量有什么影響,現(xiàn)在研究的還比較少,尚沒發(fā)現(xiàn)精確的模型。所以,考慮一種綜合的方法將各種影響到直接力引入時(shí)機(jī)的因素綜合在一起來進(jìn)行設(shè)計(jì)并且采用模糊規(guī)則的方法來規(guī)避沒有精確模型的問題是文中的主要思想。

1 直接力引入時(shí)機(jī)設(shè)計(jì)方法分析

1.1 常見的設(shè)計(jì)方法

在引入時(shí)機(jī)的設(shè)計(jì)方法上最常見的有根據(jù)剩余時(shí)間tgo、相對距離和導(dǎo)彈需用過載這3種方法[1-2]。剩余時(shí)間由式(1)計(jì)算得出:

(1)

式中r為相對距離。

一般情況下都是選用剩余時(shí)間為0.5 s附近[2]時(shí)引入直接力。

用相對距離選擇引入時(shí)機(jī)時(shí)需要考慮導(dǎo)彈的速度,甚至是目標(biāo)的速度。文中選擇相對距離為500 m時(shí)啟動(dòng)直接力。

利用導(dǎo)彈需用過載方法一般是通過導(dǎo)彈需用過載占?xì)鈩?dòng)力能夠提供的最大過載的比例L(見式(2))來選擇引入時(shí)機(jī)。設(shè)導(dǎo)彈氣動(dòng)力可提供的最大過載為nmax,導(dǎo)彈需用過載為n,則:

L=n/nmax

(2)

對于L(0≤L≤1)的選取,在其它仿真條件相同的條件下,選取不同的L,得到導(dǎo)彈的脫靶量。根據(jù)不同的L對脫靶量的影響,選取脫靶量最小時(shí)對應(yīng)的

L[1],文中L選取0.9。

1.2 綜合設(shè)計(jì)方法

前述3種方法有著各自的特點(diǎn),仿真結(jié)果如表1所示,仿真條件見仿真驗(yàn)證所述。3種方法中以由需用過載設(shè)計(jì)引入時(shí)機(jī)效果比較穩(wěn)定,在目標(biāo)大機(jī)動(dòng)情況下以剩余時(shí)間設(shè)計(jì)引入時(shí)機(jī)較好,但是在導(dǎo)彈速度較大時(shí)脫靶量比較大。基于此文中在綜合設(shè)計(jì)方法中考慮以剩余時(shí)間方法為基礎(chǔ),利用模糊規(guī)則來綜合導(dǎo)彈需用過載、導(dǎo)彈速度和目標(biāo)過載因素對引入時(shí)機(jī)的影響。

表1 常見的3種設(shè)計(jì)方法比較

因?yàn)槭Ｓ囡w行時(shí)間的選取一般是選擇在tgo=0.5 s附近,所以綜合設(shè)計(jì)選用式(3)得到最終直接力引入時(shí)間。

tstart=0.5(1-β)+β·tL

(3)

式中:tL為需用過載比例L≥0.9時(shí)得到的剩余飛行時(shí)間;tstart為直接力啟動(dòng)時(shí)剩余飛行時(shí)間;β為綜合設(shè)計(jì)系數(shù)。

在制導(dǎo)過程中,把得到的tstart與tgo相比較,如果tstart≥tgo,啟動(dòng)直接力,反之按導(dǎo)引律導(dǎo)引飛行。

由式(3)可知綜合設(shè)計(jì)最終變?yōu)閷τ诰C合設(shè)計(jì)系數(shù)β的選擇上。

導(dǎo)彈的速度和目標(biāo)的機(jī)動(dòng)對于攔截的最終效果有著重要的影響,因而在綜合設(shè)計(jì)中必須考慮導(dǎo)彈的速度和目標(biāo)機(jī)動(dòng)。兩者的影響將利用模糊規(guī)則[3-6]體現(xiàn)在β的選擇上。

2 構(gòu)建模糊規(guī)則表

模糊規(guī)則將導(dǎo)彈的速度和目標(biāo)的過載作為輸入量,β作為輸出量。導(dǎo)彈速度V的模糊集為VS(非常小),S(小),M(中),B(大),VB(非常大),隸屬函數(shù)采用對稱的三角函數(shù)(見圖1)。目標(biāo)過載nT的模糊集為NB(負(fù)大),NM(負(fù)中),NS(負(fù)小),ZE(零),PS(正小),PM(正中),PB(正大),隸屬函數(shù)采用對稱的三角形函數(shù)(見圖2)。

輸出β的模糊集為Z(零),VS(極小),MS(中小),S(小),SM(小中),M(中),BM(大中),B(大),MB(中大),VB(極大),E(1),其隸屬函數(shù)見圖3。文中模糊蘊(yùn)含運(yùn)算采用最小運(yùn)算規(guī)則,清晰化計(jì)算使用加權(quán)平均法。

圖1 導(dǎo)彈速度隸屬度

圖2 目標(biāo)過載隸屬度

圖3 β隸屬度

導(dǎo)彈速度、目標(biāo)過載、β3者對應(yīng)進(jìn)行數(shù)字仿真,選擇最終使得脫靶量最小的β作為一組導(dǎo)彈速度和目標(biāo)過載的輸出,構(gòu)成模糊規(guī)則表,如表2所示。

表2 nT、v以及相對應(yīng)的β模糊規(guī)則表

3 仿真驗(yàn)證

仿真以應(yīng)用廣泛的比例導(dǎo)引律為基礎(chǔ),形式如下:

(4)

由式(4)可以看出,根據(jù)導(dǎo)彈需求過載得到的tL是與視線轉(zhuǎn)率相關(guān)聯(lián)的。

仿真條件假設(shè):目標(biāo)的速度為400 m/s,末制導(dǎo)開始距離為3 000 m,氣動(dòng)力提供最大過載為3g,直接力為導(dǎo)彈提供氣動(dòng)力無法達(dá)到的附加過載,持續(xù)時(shí)間一定。假設(shè)導(dǎo)彈為一階環(huán)節(jié),時(shí)間常數(shù)為0.2 s,目標(biāo)在相對距離小于1 000 m時(shí)進(jìn)行連續(xù)機(jī)動(dòng),過載為nT。脫靶量的計(jì)算采用零效脫靶量,在相對距離為100 m時(shí),導(dǎo)彈放棄制導(dǎo),進(jìn)行勻速飛行。仿真結(jié)果與采用剩余時(shí)間和需用過載方法相比較見表3。其中導(dǎo)彈速度為1 000 m/s,目標(biāo)過載變化及相應(yīng)的脫靶量如表3所示。可以看到使用模糊規(guī)則方法在高速、高機(jī)動(dòng)情況下能夠有效的確定直接力引入時(shí)機(jī)并使得脫靶量減小。本方法是一個(gè)在線計(jì)算方法,但是在離線確定好模糊規(guī)則后,在線進(jìn)行計(jì)算的只有β的清晰化計(jì)算,所以總的在線計(jì)算量是比較小的,不會(huì)增加運(yùn)算時(shí)間。

表3 采用模糊規(guī)則方法與常用方法比較

4 結(jié)論

文中以應(yīng)用廣泛的比例導(dǎo)引律為基礎(chǔ),針對直接力引入時(shí)機(jī)問題,提出了一種基于模糊規(guī)則的綜合設(shè)計(jì)方法。仿真結(jié)果驗(yàn)證了針對不同的導(dǎo)彈速度和目標(biāo)機(jī)動(dòng)過載情況下,該方法能夠有效的確定直接力引入的時(shí)機(jī),使得導(dǎo)彈的脫靶量減小。

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A Design Method of Direct Jet Beginning Time Based on Fuzzy Rules

SONG Guangrun

(No.71315 Unit, Henan Shangqiu 476000, China)

A design method based on fuzzy rules was proposed for solving the problem of searching the beginning time of direct jet in terminal guidance phase. In order to getting the beginning time of direct jet, based on proportional navigation, fuzzy rules were used to synthesize four factors:left time, target maneuver, commanded lateral acceleration and speed of missile. The computer simulation results prove that the method is efficient.

direct jet control; beginning time; fuzzy rules

2016-04-22

宋廣潤(1985-),男,山東聊城人,碩士,研究方向:精確制導(dǎo)與控制。

TJ765.2

A