關于導彈控制系統(tǒng)優(yōu)化探討

薛增良

摘 ?要：作為控制系統(tǒng)的重要組成部分，導彈控制系統(tǒng)的性能優(yōu)化是極為重要的。本文詳細介紹了經(jīng)典控制方法在導彈控制系統(tǒng)中的局限性，從而引出了現(xiàn)代控制方法，分別為滑模變結構控制、魯棒控制、反饋線性化控制、反演控制，最后得出結論——復合控制法解決了難題。

關鍵詞：控制系統(tǒng);性能優(yōu)化;經(jīng)典控制法;現(xiàn)代控制法

1、前言

通常情況下來看，導彈控制系統(tǒng)的控制特性并不是一直處于穩(wěn)定的狀態(tài)的，這樣的特性我們稱之為動態(tài)性，在這樣的情況下，導彈控制系統(tǒng)需要實現(xiàn)進一步的優(yōu)化，從而提升它的穩(wěn)定性。但是就目前的情況來說，傳統(tǒng)的導彈控制系統(tǒng)的優(yōu)化方法有一定的短板，它只適用于部分中小規(guī)模、且函數(shù)性態(tài)相對來說并不復雜的導彈控制系統(tǒng)的優(yōu)化，對很大一部分導彈來說還是不適用的。目前的導彈系統(tǒng)作為一個大型綜合系統(tǒng)，它包含多個領域，例如幾何外形分析、隱身分析、氣動分析以及結構設計等，多且繁雜，因此它目前所使用的經(jīng)典的優(yōu)化設計方案已不能滿足其需求，對其起到作用。對大規(guī)模的導彈系統(tǒng)的優(yōu)化設計進行有效且合理解決的方法，被稱為綜合優(yōu)化設計方法，它涵蓋了多個學科的知識，在其對控制系統(tǒng)的優(yōu)化設計的過程中，主要是對分布式計算機網(wǎng)絡的有效利用，對多個領域的知識進行綜合處理，最終得到所需的控制系統(tǒng)的優(yōu)化設計方法，最后在綜合利用到優(yōu)化設計所需的全部過程中，從而實現(xiàn)對多個領域知識的充分利用，與此同時還進一步促使各個系統(tǒng)之間的相互作用，再產(chǎn)生協(xié)同效應，以實現(xiàn)最終目的，即導彈控制系統(tǒng)的優(yōu)化設計。

2、導彈控制系統(tǒng)的組成部分

綜合控制電路、慣性組件以及舵系統(tǒng)三個部分共同組成了導彈控制系統(tǒng)。它主要是通過對導彈舵面實行有效操縱，從而實現(xiàn)對其整個飛行軌跡的控制。在這個過程中，慣性組件用于測量導彈彈體的姿態(tài)角信號、角加速度信號以及線加速度信號。綜合控制電路用于實現(xiàn)對傳感器的信號傳遞、PID控制以及工作階段的切換功能等。對于一些使用不具備反饋回路的開環(huán)舵系統(tǒng)來說，它的功能則是控制舵面的偏轉運動。

3、經(jīng)典控制方法在導彈控制系統(tǒng)中的應用及局限性

各種各樣的不確定性伴隨了導彈飛行的整個過程，為提升其穩(wěn)定性，可以通過對測量組件的添加來實現(xiàn)對下一步的飛行路徑進行有效的預測。但是在對確定的線性化模型進行設計時候，優(yōu)化的設計方法主要是利用穩(wěn)定裕度法來實現(xiàn)對不確定問題的預測，如果使用這種方法來對控制系統(tǒng)進行優(yōu)化設計，那就要求了同時具備動態(tài)性和干擾性，但無法解決的是這種方法所設計出的控制系統(tǒng)對動態(tài)的品質(zhì)存在一定影響。所以，往往采用折中的設計手法來保證系統(tǒng)具備一定程度的穩(wěn)定裕度。

為提高系統(tǒng)的穩(wěn)定性同時降低系統(tǒng)的干擾性，使用穩(wěn)定裕度來進行設計，這時候局限性就體現(xiàn)出來了，作為采用經(jīng)典控制方法設計的控制系統(tǒng)，它常常會因為較差的魯棒性，從而難以滿足其基本需求。

對于較為復雜的非線性控制系統(tǒng)來說，對單純地泰勒系數(shù)已無法滿足其需求，于是需要有針對性地來采取非線性控制方法。面對各種各樣的復雜環(huán)境變化，對導彈控制系統(tǒng)優(yōu)化設計方法的必要性也越來越值得我們重視。

4、現(xiàn)代控制方法

區(qū)別于經(jīng)典控制方法的是，現(xiàn)代控制方法能夠在導彈的干擾性和控制性方面做到有效控制，這主要是通過對各種各樣的動態(tài)信息的及時追蹤以及對抑制參數(shù)的有效把控來實現(xiàn)的，這也是現(xiàn)代控制方法的優(yōu)勝之處。在這樣的性能優(yōu)勢下，現(xiàn)代控制方法實現(xiàn)了大范圍的推廣和應用，在對傳統(tǒng)的導彈控制系統(tǒng)進行優(yōu)化的同時還優(yōu)化設計技術的快速發(fā)展與進步。下面介紹幾種具有代表性的現(xiàn)代控制方法：

（1）滑模變結構控制

集系統(tǒng)結構簡單、系統(tǒng)反應快和超調(diào)量小等優(yōu)點于一身的滑模變結構控制方法常用于非線性路徑，它還具備一定的抗干擾性以及穩(wěn)定性，因此在目前的控制系統(tǒng)優(yōu)化設計領域中滑模變結構控制方法逐漸被采用。它主要是針對經(jīng)典控制法中導彈在其飛行過程中尊在的不確定性，對其實現(xiàn)有效控制，從結果上來說，滑模變結構的優(yōu)化設計充分發(fā)揮其優(yōu)勢，使結構變得更加簡單清晰，更好控制;從性能上來，滑模變結構還能提高其對外界干擾存在的魯棒性。這就在導彈控制系統(tǒng)的不確定性上面起到了很好的規(guī)避作用，與此同時還能排除外界干擾，換句話說，滑模變結構在一定程度上提升了飛行過程中排除干擾的能力和增強了導彈的定位的準確性，保證了導彈更加高效的服務。

（2）魯棒控制

魯棒控制方法能夠有效地提高控制系統(tǒng)的精確性。主要工作原理是根據(jù)動態(tài)路徑的變化來確定下一個階段的系統(tǒng)設置參數(shù)，也就是說參數(shù)的動態(tài)設置對提高控制系統(tǒng)的動態(tài)穩(wěn)定性有一點的效果。而由于動態(tài)性和魯棒性很難做到同時實現(xiàn)，于是魯棒控制以降低動態(tài)性的方式來提高其強魯棒性?？偠灾敯艨刂圃谄湓O計方面還是不夠完美，存在一定的缺陷。隨著科技的飛速進步與發(fā)展，魯棒控制的方法也在相關技術人員的研究下不斷進行優(yōu)化設計，其動態(tài)性在一定程度上得到了極有效地提升，因此其系統(tǒng)的控制方面也做得越來越好。

（3）反饋線性化控制

顧名思義，反饋線性化控制即利用全狀態(tài)反饋抵消原系統(tǒng)的非線性特性，從而得到偽線性系統(tǒng)，再用偽線性理論來對系統(tǒng)進行綜合。該方法分為非線性動態(tài)逆方法和微分幾何方法。

（4）反演控制

分解復雜的非線性系統(tǒng)為若干個子系統(tǒng)，設計子系統(tǒng)的中間虛擬控制量和李亞普諾夫函數(shù)，最后再集成，從而實現(xiàn)對系統(tǒng)控制率的設計。該方法的關鍵點在于虛擬控制輸入，從而找到李亞普諾夫函數(shù)，最終能夠推出能使整個系統(tǒng)處于穩(wěn)定閉環(huán)狀態(tài)的控制率。

5、結論

隨著科技與經(jīng)濟的飛速發(fā)展，飛行要求也在不斷提升，導彈控制系統(tǒng)越來越受到重視，隨之對控制系統(tǒng)性能優(yōu)化的技術要求也越來越高。就目前的情況來說，經(jīng)典控制方法是基本不能滿足導彈的飛行需求的，人們把期望寄予了現(xiàn)代控制方法，然而現(xiàn)代控制方法相比較經(jīng)典控制方法來說雖然有很大進步，但某些方面還是存在一定缺陷，最終復合控制方法解決了我們的困擾，它既能在一定程度上滿足現(xiàn)代飛行的需求，同時也為導彈控制系統(tǒng)的優(yōu)化指出一條全新的道路，在導彈控制系統(tǒng)的優(yōu)化方面，還有很長的路要走。

參考文獻

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