基于改進(jìn)模糊PID的導(dǎo)彈飛行軌跡誤差修正反饋控制

王軍

摘要：導(dǎo)彈飛行中在受到外部干擾磁場(chǎng)和反導(dǎo)技術(shù)作用下，容易出現(xiàn)飛行軌跡誤差，需要進(jìn)行誤差修正。提出一種基于改進(jìn)模糊PID的導(dǎo)彈飛行軌跡誤差修正反饋控制算法，進(jìn)行導(dǎo)彈飛行軌跡誤差修正的控制約束參量分析和被控對(duì)象模型構(gòu)建.構(gòu)建導(dǎo)彈在俯仰、偏航和回旋三個(gè)縱向運(yùn)動(dòng)通道的彈道方程，進(jìn)行彈道飛行動(dòng)力學(xué)分析。采用三層前向神經(jīng)元網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)進(jìn)行飛行軌跡的姿態(tài)信息融合，采用Kalman濾波方法進(jìn)行飛行狀態(tài)變量和軌跡誤差協(xié)方差估計(jì)，結(jié)合模糊PID控制方法實(shí)現(xiàn)導(dǎo)彈自適應(yīng)反饋控制。仿真結(jié)果表明，采用該方法進(jìn)行導(dǎo)彈飛行軌跡誤差修正和反饋控制，導(dǎo)彈的定姿精度較高，從而提高了導(dǎo)彈的反導(dǎo)和突防能力。

關(guān)鍵詞：模糊PID神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)；導(dǎo)彈；飛行；控制；Kalman濾波

0引言

導(dǎo)彈是依靠自身動(dòng)力裝置推進(jìn)，采用自主導(dǎo)航控制系統(tǒng)引導(dǎo)彈體進(jìn)行目標(biāo)跟蹤、自動(dòng)識(shí)別和摧毀打擊的精確制導(dǎo)武器。導(dǎo)彈作為現(xiàn)代戰(zhàn)爭(zhēng)的主要武器，具有射程遠(yuǎn)、速度快、精度高、威力大等特點(diǎn)。導(dǎo)彈的控制制導(dǎo)方式很多，常見的有雷達(dá)制導(dǎo)、紅外線制導(dǎo)、雷射制導(dǎo)等。導(dǎo)彈在攻擊飛行過(guò)程中，容易受到對(duì)方的電磁輻射場(chǎng)以及其它反導(dǎo)裝置的干擾，出現(xiàn)飛行軌跡誤差，從而影響打擊精度，甚至被攔截，需要對(duì)導(dǎo)彈的飛行軌跡誤差進(jìn)行及時(shí)自適應(yīng)修正，實(shí)現(xiàn)誤差反饋修正控制，提高導(dǎo)彈的準(zhǔn)確打擊能力。研究導(dǎo)彈的優(yōu)化控制方法，在提高彈道自動(dòng)駕駛儀控制系統(tǒng)的穩(wěn)定性以及導(dǎo)彈的反導(dǎo)能力方面同樣具有重要意義，相關(guān)的控制算法研究受到人們的極大關(guān)注。

彈道的飛行軌跡修正和控制建立在對(duì)導(dǎo)彈姿態(tài)信息的準(zhǔn)確可靠測(cè)量和定姿的基礎(chǔ)上，采用慣性航向姿態(tài)系統(tǒng)和自動(dòng)駕駛儀控制系統(tǒng)，執(zhí)行控制指令，操縱導(dǎo)彈完成相關(guān)的飛行導(dǎo)引操作。在此，導(dǎo)彈的控制系統(tǒng)是整個(gè)導(dǎo)彈的核心，控制算法的優(yōu)化設(shè)計(jì)是基礎(chǔ)。傳統(tǒng)方法中，對(duì)導(dǎo)彈的制導(dǎo)控制算法主要有三軸導(dǎo)引方法、卡爾曼濾波方法、模糊控制方法和神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)控制方法等，通過(guò)姿態(tài)測(cè)量和信息融合，結(jié)合相關(guān)的導(dǎo)引控制律實(shí)現(xiàn)對(duì)導(dǎo)彈的狀態(tài)修正和姿態(tài)調(diào)整，提高了導(dǎo)彈飛行的穩(wěn)定性，取得了一定的研究成果，其中，文獻(xiàn)中提出一種基于Terminal滑模面下標(biāo)準(zhǔn)能量梯度修正的最陡下滑軌跡中導(dǎo)彈的航向校正控制模型，采用標(biāo)準(zhǔn)能量梯度方法進(jìn)行控制律設(shè)計(jì)，結(jié)合Kalman姿態(tài)融合濾波進(jìn)行位姿的線性跟蹤，并作用在導(dǎo)彈的自動(dòng)駕駛儀系統(tǒng)中，提高了導(dǎo)引精度，但該控制算法計(jì)算開銷較大，控制反饋的實(shí)時(shí)性不好；文獻(xiàn)中提出一種應(yīng)用Lvapunove反演技術(shù)設(shè)計(jì)的參數(shù)自適應(yīng)非線性跟蹤控制器，在反演鎮(zhèn)定函數(shù)中引入了積分項(xiàng)，實(shí)現(xiàn)導(dǎo)彈縱向非線性動(dòng)力系統(tǒng)自適應(yīng)反演積分控制，在大擾動(dòng)條件下避免了導(dǎo)彈的動(dòng)力系數(shù)和位姿定姿的劇烈變化，但該方法在受到外部干擾磁場(chǎng)時(shí)，容易出現(xiàn)穩(wěn)態(tài)跟蹤誤差，導(dǎo)彈自動(dòng)駕駛儀控制的全局穩(wěn)定性不好。

對(duì)此，本文提出一種基于改進(jìn)模糊PID的導(dǎo)彈飛行軌跡誤差修正反饋控制算法，首先進(jìn)行導(dǎo)彈飛行軌跡誤差修正的控制約束參量分析和被控對(duì)象模型構(gòu)建，構(gòu)建導(dǎo)彈在俯仰、偏航和回旋三個(gè)縱向運(yùn)動(dòng)通道的彈道方程，進(jìn)行彈道飛行動(dòng)力學(xué)分析。然后采用三層前向神經(jīng)元網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)進(jìn)行飛行軌跡的姿態(tài)信息融合，采用Kalman濾波方法研究展開飛行狀態(tài)變量和軌跡誤差協(xié)方差估計(jì)，結(jié)合模糊PID控制方法實(shí)現(xiàn)導(dǎo)彈自適應(yīng)反饋控制。最后進(jìn)行方程實(shí)驗(yàn)分析，結(jié)果表明，本次研究提供了有益進(jìn)展，并可得出有效性結(jié)論。