《基於非光滑系統理論的高超聲速目標攔截制導控制研究》是依託哈爾濱工業大學，由霍鑫擔任項目負責人的青年科學基金項目。
基本介紹
- 中文名：基於非光滑系統理論的高超聲速目標攔截制導控制研究
- 依託單位：哈爾濱工業大學
- 項目類別：青年科學基金項目
- 項目負責人：霍鑫
項目摘要,結題摘要,
項目摘要
為了實現對臨近空間高超聲速目標的攔截，要求攔截器引入直接側向力控制，直接側向發動機只能工作在離散方式下，且推力大小受限。針對末制導系統的有限時間特點及直接側向力的非連續特性，本項目研究基於非光滑系統理論的高超聲速目標攔截有限時間制導控制問題。首先，對攔截器執行機構典型物理特性進行分析，建立高超聲速目標攔截混雜不確定模型，進而得到非光滑制導控制問題的數學描述；其次，結合非光滑控制Lyapunov函式和非光滑分析理論，研究混雜不確定系統的有限時間控制方法；然後，基於有限時間穩定和非光滑系統穩定理論，對混雜不確定系統的穩定性進行分析；最後，基於上述研究成果，完成高超聲速目標攔截有限時間制導控制系統設計。本研究不僅在理論上能夠完善混雜系統中的非光滑系統理論，而且還能為非光滑分析和綜合方法在飛行器制導控制中的套用奠定理論基礎，因此，具有重要的理論意義和實際套用價值。
結題摘要
本課題以直接側向力/氣動力複合控制飛彈為套用背景，針對複合控制飛彈異構多執行機構的配置情況及工作特點，特別是直接側向力的離散特性，提出了基於非光滑系統理論的直接側向力/氣動力複合控制方法。首先，考慮姿控發動機陣列和氣動舵的配置情況及工作特點，建立了直接側向力/氣動力複合控制飛彈的完整動力學和運動學模型；其次，利用非光滑分析的相依錐判據，提出了基於分段光滑曲面的滑模控制設計方法，在保證系統軌跡有限時間到達非光滑滑模面的同時，能夠使得滑模運動在不同的區域上呈現不同的動態品質，從而提高了系統設計的靈活性；然後，針對不含仿射項的離散時間分段線性系統，提出了基於生成函式的穩定性分析方法，利用生成函式及其收斂半徑的概念，給出了系統指數穩定的充要判據，並給出了系統生成函式及其收斂半徑的數值計算方法；再次，將系統輸入為開關量的控制問題轉化為一類分段光滑切換曲面的構造問題，給出了系統的平衡點集，並利用非光滑分析的LaSalle不變集原理證明了系統軌跡關於平衡點集的收斂性；最後，採用基於分段光滑曲面的滑模控制方法完成直接側向力/氣動力複合控制設計，利用連續的氣動力控制作為滑動模態運動的等效控制，而利用直接側向力進行切換控制保證系統狀態在有限時間內到達滑模面，並保持在滑模面上進行滑動運動，通過數值仿真驗證了該設計方法的有效性及優勢；另外，採用俯仰和偏航通道耦合設計的直接側向力/氣動力複合控制方法，對姿控脈衝發動機陣列的點火邏輯進行了設計，將問題的求解轉化成混合整數線性規劃問題，並進行了仿真驗證。課題完成了計畫要點的所有內容，實現了預定的研究目標。
