基于控制分配的復(fù)合控制導(dǎo)彈制導(dǎo)控制一體化設(shè)計(jì)

李雨濤 李?lèi)?ài)軍 張金鵬 張公平 劉祥 郭永

DOI：10.19297/j.cnki.41-1228/tj.2018.06.005

摘要：為了滿(mǎn)足現(xiàn)代戰(zhàn)爭(zhēng)對(duì)導(dǎo)彈更高的性能要求，本文將導(dǎo)彈制導(dǎo)與控制系統(tǒng)作為一個(gè)整體，進(jìn)行一體化設(shè)計(jì)。以發(fā)動(dòng)機(jī)引流直接力/氣動(dòng)力復(fù)合控制的空空導(dǎo)彈為例，建立了俯仰通道一體化模型。針對(duì)直接力/氣動(dòng)力復(fù)合控制方式的特點(diǎn)，設(shè)計(jì)了一種自適應(yīng)反演滑?？刂频闹茖?dǎo)控制一體化算法。利用控制分配將期望控制量映射到直接力裝置和升降舵面。仿真結(jié)果表明，本文所設(shè)計(jì)的一體化制導(dǎo)控制系統(tǒng)具有較強(qiáng)的魯棒性，可以實(shí)現(xiàn)精確制導(dǎo)與控制。

關(guān)鍵詞：空空導(dǎo)彈;復(fù)合控制;滑?？刂?控制分配;制導(dǎo)控制一體化

中圖分類(lèi)號(hào)：TJ765;V448文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A文章編號(hào)：1673-5048（2018）06-0032-07[SQ0]

0引言

空中戰(zhàn)爭(zhēng)的目標(biāo)正逐漸變?yōu)楦呖?、高速、大機(jī)動(dòng)、具有智能逃逸和隱身技術(shù)的新型飛行器，這些目標(biāo)對(duì)空空導(dǎo)彈的性能提出了更高的要求，尤其是攔截能力，要求空空導(dǎo)彈具備對(duì)機(jī)動(dòng)目標(biāo)“直接碰撞殺傷”能力[1]。為了滿(mǎn)足導(dǎo)彈制導(dǎo)與控制系統(tǒng)的性能要求，解決傳統(tǒng)設(shè)計(jì)方法中的不足，需要充分利用導(dǎo)彈制導(dǎo)系統(tǒng)與控制系統(tǒng)之間的相互作用，進(jìn)行一體化設(shè)計(jì)。傳統(tǒng)設(shè)計(jì)方法存在制導(dǎo)系統(tǒng)與控制系統(tǒng)之間的指令傳輸延遲和導(dǎo)彈在接近目標(biāo)時(shí)可能存在的固有不穩(wěn)定性等問(wèn)題，因而對(duì)導(dǎo)彈制導(dǎo)與控制一體化設(shè)計(jì)（IntegratedGuidanceandControl，IGC）方法的研究就顯得非常必要。

學(xué)者們?cè)谶@方面已經(jīng)做了大量的研究工作，董飛垚等[2]將傳統(tǒng)導(dǎo)彈的制導(dǎo)控制問(wèn)題轉(zhuǎn)化成一個(gè)三階積分鏈系統(tǒng)，基于高階滑?？刂评碚搶?duì)導(dǎo)彈進(jìn)行制導(dǎo)與控制一體化設(shè)計(jì);同時(shí)針對(duì)模型中存在目標(biāo)機(jī)動(dòng)等不確定性，采用超扭曲算法設(shè)計(jì)了補(bǔ)償控制律。畢永濤等[3]選擇零效脫靶量和彈體角加速度作為系統(tǒng)評(píng)價(jià)輸出，提出一種基于輸出穩(wěn)定的復(fù)合控制策略。周覲等[4]考慮導(dǎo)彈自身的參數(shù)攝動(dòng)和建模不確定性，應(yīng)用高階滑模微分器和神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)模型進(jìn)行在線(xiàn)逼近。Bhavnesh[5]等提出了一種基于連續(xù)時(shí)間預(yù)測(cè)控制的新型綜合制導(dǎo)控制方案。

另一方面，傳統(tǒng)的單純依靠氣動(dòng)力的控制方案很難滿(mǎn)足導(dǎo)彈的發(fā)展需求，新的復(fù)合控制技術(shù)應(yīng)運(yùn)而生[6]。直接力/氣動(dòng)力復(fù)合控制能補(bǔ)償導(dǎo)彈低動(dòng)壓下的控制能力，使中遠(yuǎn)距空空導(dǎo)彈獲得與格斗彈相同的離軸發(fā)射甚至越肩發(fā)射能力，實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)距攔射與近距格斗的結(jié)合，同時(shí)還能顯著降低自動(dòng)駕駛儀的響應(yīng)時(shí)間[7]，從而提高制導(dǎo)回路的響應(yīng)速度，實(shí)現(xiàn)對(duì)新型飛行器的高精度攔截。

舒燕軍等[8]利用動(dòng)態(tài)面反步法進(jìn)行制導(dǎo)與控制一體化設(shè)計(jì)，同時(shí)設(shè)計(jì)了非線(xiàn)性干擾觀(guān)測(cè)器對(duì)

復(fù)合控制導(dǎo)彈制導(dǎo)控制一體化模型中存在的不確定性進(jìn)行估計(jì)和補(bǔ)償。王昭磊等[9]利用滑模反演

控制方法針對(duì)姿控式復(fù)合控制導(dǎo)彈進(jìn)行制導(dǎo)與控制一體化設(shè)計(jì)，同時(shí)構(gòu)造自適應(yīng)誤差滑模面來(lái)不斷逼近誤差和有界干擾。

本文以發(fā)動(dòng)機(jī)引流直接力/氣動(dòng)力復(fù)合控制空空導(dǎo)彈為例，對(duì)其控制系統(tǒng)與制導(dǎo)系統(tǒng)設(shè)計(jì)方法進(jìn)行了深入研究。針對(duì)直接力/氣動(dòng)力復(fù)合控制方式的特點(diǎn)，基于滑?？刂?、反演控制和控制分配方法設(shè)計(jì)了直接力/氣動(dòng)力復(fù)合控制空空導(dǎo)彈俯仰通道制導(dǎo)與控制一體化控制算法。

空導(dǎo)彈俯仰通道進(jìn)行制導(dǎo)控制一體化設(shè)計(jì)。首先建立了直接力/氣動(dòng)力復(fù)合控制空空導(dǎo)彈俯仰通道制導(dǎo)控制一體化模型，將其處理為嚴(yán)格反饋的三階系統(tǒng)。然后在考慮氣動(dòng)參數(shù)的不確定性和目標(biāo)存在機(jī)動(dòng)的情況下，采用自適應(yīng)反演滑?？刂品椒▽?duì)復(fù)合控制空空導(dǎo)彈進(jìn)行制導(dǎo)控制一體化設(shè)計(jì)。仿真結(jié)果表明，該方法能夠很好地處理目標(biāo)機(jī)動(dòng)和氣動(dòng)參數(shù)攝動(dòng)等不確定性，使直接力/氣動(dòng)力復(fù)合控制空空導(dǎo)彈能夠獲得較高的制導(dǎo)控制精度。

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