空空飛彈的分數階動力學建模與控制策略研究

《空空飛彈的分數階動力學建模與控制策略研究》是依託西安交通大學，由曹秉剛擔任項目負責人的面上項目。

基本介紹

• 中文名：空空飛彈的分數階動力學建模與控制策略研究
• 項目類別：面上項目
• 項目負責人：曹秉剛
• 依託單位：西安交通大學

中文摘要

分數階微積分是研究微積分階數為任意實數的一門基礎數學，是傳統整數階微積分的自然擴展。基於分數階微積分的實際系統動力學建模可以更精確地描述其動力學特性，而且分數階控制具有結構簡單和強魯棒性的特性，因此基於分數階微積分的空空飛彈動力學研究可以顯著提高其建模準確性和控制精度。.本項目針對空空飛彈中普遍存在的舵機間隙等非線性因素、模型誤差及氣動參數變化等對精確控制的影響，探索空空飛彈的分數階動力學模型及控制策略。研究基於分數階微積分的空空飛彈動力學建模方法，準確地描述其複雜動態特性，建立空空飛彈的分數階魯棒控制設計理論及參數整定方法，研究適應於空空飛彈實時飛行控制的分數階硬體實現原理，得出空空飛彈分數階控制半實物仿真模型和仿真方法。.研究成果將為空空飛彈飛行控制系統的設計提供新的理論基礎和研究方法，對提高其飛行控制系統的魯棒性及精度具有重要的理論意義和套用價值。

結題摘要

分數階微積分是研究微積分階數為任意實數的套用數學，是傳統整數階微積分的自然擴展。基於分數階微積分的實際系統動力學建模可以更精確地描述其動力學特性，而且分數階控制具有結構簡單和強魯棒性的特性，因此基於分數階微積分的空空飛彈動力學研究可以顯著提高其建模準確性和控制精度。 本項目針對空空飛彈中普遍存在的舵機間隙等非線性因素、模型誤差及氣動參數變化等對精確控制的影響，探索空空飛彈的分數階動力學模型及控制策略。首先探討了分數階控制器數值離散方法，建立了離散性能評價指標，獲得了低階的歐拉連分式展開法可以獲得比較好的工程套用性能； 在分析傳統三迴路自動駕駛儀基礎上，提出了一種基於分數階微積分的三迴路空空飛彈自動駕駛控制策略，仿真結果表明其具有較快的回響速度和參數魯棒性；推導了分數階三迴路控制器的幅值和相位表達式，設計出了其控制參數最佳化方法；開發了辨識彈體舵機動力學特性的分數階辨識方法，研究了激勵信號對辨識精度的影響規律，用低階分數階傳遞函式可以比較準確地描述舵機特性；針對空空飛彈飛行控制系統中存在的彈體強非線性、參數不確定等問題，提出一種依據係數圖魯棒控制原理和飛彈動力學特性的多項式結構空空飛彈控制器設計方法，獲得了等效時間常數、穩定性指數和裕度等對控制系統特性的影響規律；採用綜合時域回響快速性和頻域穩定性能的適應度函式構建了基於遺傳算法的參數最佳化方法，不同特徵點模型的仿真實驗結果表明，所設計的控制器能夠獲得更好的回響特性和參數魯棒性，且控制系統結構簡單、易於工程實現。研究了適應於空空飛彈實時飛行控制的分數階硬體實現原理，搭建了基於FPGA的彈體控制半實物仿真實驗系統，得出空空飛彈分數階控制半實物仿真模型和仿真方法，實驗驗證了設計控制方法的有效性。 研究成果為空空飛彈飛行控制系統的設計提供了新的理論基礎和研究方法，對提高其飛行控制系統的魯棒性及精度具有重要的理論意義和套用價值。