基於非光滑控制的飛行器制導控制問題研究

《基於非光滑控制的飛行器制導控制問題研究》是依託哈爾濱工業大學，由馬克茂擔任項目負責人的面上項目。

基本介紹

• 中文名：基於非光滑控制的飛行器制導控制問題研究
• 依託單位：哈爾濱工業大學
• 項目類別：面上項目
• 項目負責人：馬克茂

項目摘要

為了提高攔截飛彈等飛行器的性能，引入了直接側向力/氣動力複合控制、質量矩控制等新的技術手段。這些新技術手段的引入導致飛行器制導控制系統中存在非連續離散、非完整約束、多約束條件等特徵，套用傳統控制方法進行制導控制系統的設計難以達到滿意的效果。項目針對這一背景，研究這些飛行器制導控制系統的典型特徵，提煉出能夠描述其本質特徵的一般性數學模型，以非光滑控制方法為基礎，以提高系統的性能為目標，針對具有特定非光滑特徵的非線性系統、一類具有多約束條件的非線性系統，考慮外部擾動和系統不確定性的影響，研究鎮定和輸出調節問題，分別給出相應的非光滑控制律設計方法和非光滑信息提取方法，並將這些方法套用於新型飛行器的制導控制系統設計。預期的研究成果可以有效地套用于飛行器制導控制系統的設計，提高制導控制系統的性能，豐富非光滑控制方法的研究內涵和套用領域。

結題摘要

為提高飛行器性能而引入的一些新技術手段使得飛行器制導控制系統中存在非連續離散、欠驅動、多約束條件等特徵，導致設計上的困難。針對這些特徵，以提高飛行器制導控制系統性能為目標，開展非光滑分析方法和設計技術，及其在飛行器制導控制系統設計中的套用研究。研究內容包括新型飛行器制導控制系統的數學描述研究、具有多約束條件的非線性系統非光滑設計方法研究、非線性系統信息提取方法研究、飛行器制導控制系統的非光滑設計及仿真驗證研究。綜合利用各種非光滑分析理論及設計工具，並與飛行器制導控制系統的具體特點相結合，完成了全部的研究內容。套用非光滑設計方法，研究了非線性系統的輸出調節問題，給出了一類高階非線性系統的非光滑輸出調節控制律，並對所得結果推廣至含有參數不確定性及外部擾動的情形。將非光滑分析方法套用於常規backstepping設計方法，提出了非光滑系統的backstepping設計方法，改進了現有研究結果的不足。將backstepping設計方法套用于飛行器制導律設計與空間飛行器姿態控制，分別設計了非光滑制導律和變增益姿態控制律。對高階滑模控制方法進行了研究，修正了現有研究結果中的問題，並將其套用於空間飛行器的姿態控制系統設計，同常規滑模控制相比，有效地降低了振顫的影響。針對常規滑模，提出了非光滑的切換面設計方法，推廣了方法的套用範圍。然後將滑模控制的特點與一類異構多執行機構非線性系統的特點相結合，以此為基礎給出了相應的非光滑控制器設計方法，並套用於直接力與其動力複合控制飛彈的姿態控制系統設計。利用齊次系統的性質，將常規的輸入狀態穩定性分析套用於具有負齊次度的系統，得到了系統針對外部干擾具有很好的抗干擾特性及針對不確定性的魯棒性的結論。利用齊次理論，設計了空間飛行器的連續非光滑姿態控制律。並將齊次系統性能分析理論，對所得控制律的魯棒性和抗干擾性進行了理論分析。套用高增益擴張狀態觀測器理論和基於滑模的高階微分算法，完成了飛行器制導信息估計研究，並證明了所設計的估計算法能夠實現對狀態反饋控制的性能復原。針對研究中所提出的分析理論和設計方法，完成全部的仿真驗證工作，仿真結果說明了所提出的理論及方法的有效性。這些理論及方法，對現有的研究結果進行了修正和推廣，並在飛行器制導控制系統設計中得到了套用。