一种随机快速光滑二阶滑模末制导方法技术

本发明专利技术涉及武器系统与运用工程技术领域，公开了一种随机快速光滑二阶滑模末制导方法，包括步骤：1、建立随机不确定制导模型；2、随机快速光滑二阶滑模控制律；3、将随机快速光滑二阶滑模控制律应用于随机不确定制导模型得到有限时间收敛的随机快速光滑二阶滑模制导律。本发明专利技术的有益效果为：所提出的随机快速光滑二阶滑模制导律滑模变量收敛速度明显优于非有限时间制导律；考虑了目标的随机机动，相比于确定的快速光滑二阶滑模方法，脱靶量更小；所提出的制导律能够抑制制导中段控制量的大幅抖振，使得控制量更容易实现，且视线角速度更加平稳；制导律具有很强的抗干扰和应对目标随机机动的能力；具有广泛的应用前景。

A stochastic fast smooth two order sliding mode terminal guidance method

The present invention relates to the field of engineering technology and application of weapon system, discloses a fast smooth random two order sliding mode guidance method comprises the following steps: 1, the establishment of stochastic uncertain guidance model; 2, the random fast smooth two order sliding mode control law; 3, the random fast smooth two order sliding mode control law is applied to random determine the guidance model and obtain the finite time convergence of random fast smooth two order sliding mode guidance law. The invention has the advantages that the proposed stochastic fast smooth two order sliding mode guidance law sliding mode variable convergence speed is obviously better than that of non finite time guidance law; considering the random target maneuver, compared to determine the fast smooth two order sliding mode control method, a smaller miss distance; buffeting the proposed guidance law can inhibit guidance in the middle of the control signal, the controller is easily implemented, and the angular speed of the line of sight is more stable; the guidance law has strong anti disturbance and response to random target maneuver ability; has a wide application prospect.

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及武器系统与运用工程
，特别涉及一种随机快速光滑二阶滑模末制导方法。
技术介绍
导弹拦截目标的过程中会受到探测误差、外界干扰等的影响，再加上目标机动的随机性，制导系统实际上是一个随机不确定系统。另一方面，随着目标的不断发展，尤其是高超声速目标的出现，使得在栏截或打击目标的末制导过程中，弹目相对运动关系很快。而且为达到摧毁目标的目的，要求导弹有更高的精度，即动能杀伤法(Hit-to-Kill)，就是利用高速度高质量的导弹的巨大动能撞击目标达到摧毁目标的目的。为了实现对高速目标高精度的拦截，迫切地需要设计能够快速收敛的制导律，有必要从有限时间收敛方面考虑设计快速收敛的导引规律。针对参数摄动和外界干扰，利用滑模变结构控制方法设计制导律已经有了初步的研究成果。但是上述研究没有考虑系统状态的有限时间收敛。于是考虑系统状态有限时间收敛特性的基于一阶滑模方法的制导律陆续被提出。此类方法虽然实现了有限时间收敛，但是滑模变量和控制量都存在比较严重的抖振，需要进一步进行光滑才能使用。因此有限时间稳定的高阶滑模制导律被提出，使得控制作用具有光滑特性。然而该方法对目标的机动作了大量的限制，将其视为可微的有界干扰而忽略了其随机特性。为实现有限时间收敛并提高制导精度，随机快速光滑二阶滑模制导律的研究是十分必要的。
技术实现思路
本专利技术的目的就是克服现有技术的不足，提供了一种随机快速光滑二阶滑模末制导方法，该方法提高了导弹末制导阶段对参数摄动和外界干扰的鲁棒性，提高目标的随机机动、惯性延迟、参数变化等条件下的制导精度；可以实现目标随机机动条件下制导系统状态的有限时间收敛，且抑制了滑模变量和控制量的抖振。本专利技术一种随机快速光滑二阶滑模末制导方法，包括如下步骤：步骤一、建立随机不确定制导模型；考虑了系统参数测量和估计的有界干扰误差的制导模型为：q··=-2r·‾r‾q·‾-[2r·‾ΔR+(1r‾+ΔR)Δr·]q·‾-2(r·‾+Δr·)(1r‾+ΔR)Δq·-(1r‾+ΔR)uq+(1r‾+ΔR)wq---(1)]]>式中：q为视线角；r为导弹目标相对距离；uq、wq分别为目标和导弹的加速度在视线法向上的分量；表示参数真值，Δ*表示有界干扰。取状态变量并令A=2r·‾r‾,ΔA=-[2r·‾ΔR+(1r‾+ΔR)Δr·],B=-1r‾,ΔB=-ΔR,f=-2(r·‾+Δr·)(1r‾+ΔR)Δq·,x=wq---(13)]]>制导模型(1)可表达为：x·=(A+ΔA)x+(B+ΔB)uq+f+(1r‾+ΔR)x---(14)]]>式中：ΔA、ΔB、f为由测量误差引起的系统不确定性，在工程实践中都是有界的；目标机动项x为零均值高斯白噪声过程，其方差为Q(t)；步骤二、随机快速光滑二阶滑模控制律；考虑如下的动态系统s·=g(t)+u+x---(15)]]>式中，s是滑模变量；u为系统的输入；g(t)为充分光滑的不确定函数，且其导数项是有界的，即为已知的正常数；令m1＝s，随机快速光滑二阶滑模动态如下：m·1=-k1|m1|(m-1)/msgn(m1)-k2m1-k3|m2|sgn(m1)+xm·2=-k4|m1|(m-2)/msgn(m2)-k5m2---(16)]]>式中，m>2,ki>0(i＝1,2,…5)；其中参数ki调整系统收敛速度，当初始位置距离s＝0较远时，收敛速度主要取决于式(5)中的线性项；当接近s＝0时，收敛速度主要取决于式(5)中的非线性项；参数m调整系统函数的光滑程度；步骤三、将随机快速光滑二阶滑模控制律应用于随机不确定制导模型得到有限时间收敛的随机快速光滑二阶滑模制导律；选取导弹直接命中目标条件滑模面为：m1=s=Vq-c0r=rq·-c0r---(17)]]>得到可以使得随机不确定系统(2)在有限时间内收敛的快速光滑二阶滑模制导律如下：uq=-r·x-c021r+k1|m1|(m-1)/msgn(m1)+k2m1+k3|m2|sgn(m1)m·2=-k4|m1|(m-2)/msgn(m2)-k5m2---(18)]]>进一步的，所述随机快速光滑二阶滑模控制律的参数按下述方式选择：构造矩阵如下Λ=m2m+1k500k2---(19)]]>当参数选取m>2，ki>0(i＝1,2,3,4，5)，并且精度指标e满足e≥lmax(Λ)lmin(Λ)Q2k2---(20)]]>其中lmax(Λ)和lmax(Λ)分别表示构造矩阵Λ的最大和最小特征根；m1(t0)为状态m1的初值，Q为状态噪声的方差。则当实数d满足d>Q2k2---(21)]]>时，制导系统可以在有限时间内关于实数对(d,e)均方实用收敛到原点，系统是二阶有限时间均方实用可达的。进一步的，所述的均方实用可达定义如下：考虑如下的随机非线性系统x·=f(x)+x---(22)]]>在初始条件x(t0)＝x0下的解为x＝x(t)，滑模切换函数为s(t)＝s(x(t))。如果对于满足一定条件的实数对d,e>0，当E||s(t0)||2≤d时，有E||s(t)||2≤e,∀t-t0>T---(23)]]>则称系统是有限时间均方实用可达的。若进一步存在T>0，当时，有E(||s(t)||2+||s·(t)||2)≤e,∀t-t0>T---(24)]]>则称系统实现了二阶滑模有限时间控制，系统是二阶有限时间均方实用可达的。二阶有限时间均方实用可达意味着当t-t0>T时，在实际中已经充分接近原点。本专利技术的有益效果为：所提出的随机快速光滑二阶滑模制导律滑模变量收敛速度明显优于非有限时间制导律；考虑了目标的随机机动，相比于确定的快速光滑二阶滑模方法，脱靶量更小；所提出的制导律能够抑制制导中段控制量的大幅抖振，使得控制量更容易实现，且视线角本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种随机快速光滑二阶滑模末制导方法，其特征在于，包括如下步骤：步骤一、建立随机不确定制导模型；考虑了系统参数测量和估计的有界干扰误差的制导模型为：q··=-2r·‾r‾q·‾-[2r·‾ΔR+(1r‾+ΔR)Δr·]q·‾-2(r·‾+Δr·)(1r‾+ΔR)Δq·-(1r‾+ΔR)uq+(1r‾+ΔR)wq---(1)]]>式中：q为视线角；r为导弹目标相对距离；uq、wq分别为目标和导弹的加速度在视线法向上的分量；表示参数真值，Δ*表示有界干扰。取状态变量并令A=-2r·‾r‾,ΔA=-[2r·‾ΔR+(1r‾+ΔR)Δr·],B=-1r‾,ΔB=-ΔR,f=-2(r·‾+Δr·)(1r‾+ΔR)Δq·,x=wq---(1)]]>制导模型(1)可表达为：x·=(A+ΔA)x+(B+ΔB)uq+f+(1r‾+ΔR)x---(2)]]>式中：ΔA、ΔB、f为由测量误差引起的系统不确定性，在工程实践中都是有界的；目标机动项x为零均值高斯白噪声过程，其方差为Q(t)；步骤二、随机快速光滑二阶滑模控制律；考虑如下的动态系统s·=g(t)+u+x---(3)]]>式中，s是滑模变量；u为系统的输入；g(t)为充分光滑的不确定函数，且其导数项是有界的，即gd为已知的正常数；令m1＝s，随机快速光滑二阶滑模动态如下：m·1=-k1|m1|(m-1)/msgn(m1)-k2m1-k3|m2|sgn(m1)+xm·2=-k4|m1|(m-2)/msgn(m2)-k5m2---(4)]]>式中，m>2,ki>0(i＝1,2,…5)；其中参数ki调整系统收敛速度，当初始位置距离s＝0较远时，收敛速度主要取决于式(5)中的线性项；当接近s＝0时，收敛速度主要取决于式(5)中的非线性项；参数m调整系统函数的光滑程度；步骤三、将随机快速光滑二阶滑模控制律应用于随机不确定制导模型得到有限时间收敛的随机快速光滑二阶滑模制导律；选取导弹直接命中目标条件滑模面为：m1=s=Vq-c0r=rq·-c0r---(5)]]>得到可以使得随机不确定系统(2)在有限时间内收敛的快速光滑二阶滑模制导律如下：uq=-r·x-c021r+k1|m1|(m-1)/msgn(m1)+k2m1+k3|m2|sgn(m1)m·2=-k4|m1|(m-2)/msgn(m2)-k5m2---(6)]]>...

【技术特征摘要】
1.一种随机快速光滑二阶滑模末制导方法，其特征在于，包括如下步骤：步骤一、建立随机不确定制导模型；考虑了系统参数测量和估计的有界干扰误差的制导模型为：q··=-2r·‾r‾q·‾-[2r·‾ΔR+(1r‾+ΔR)Δr·]q·‾-2(r·‾+Δr·)(1r‾+ΔR)Δq·-(1r‾+ΔR)uq+(1r‾+ΔR)wq---(1)]]>式中：q为视线角；r为导弹目标相对距离；uq、wq分别为目标和导弹的加速度在视线法向上的分量；表示参数真值，Δ*表示有界干扰。取状态变量并令A=-2r·‾r‾,ΔA=-[2r·‾ΔR+(1r‾+ΔR)Δr·],B=-1r‾,ΔB=-ΔR,f=-2(r·‾+Δr·)(1r‾+ΔR)Δq·,x=wq---(1)]]>制导模型(1)可表达为：x·=(A+ΔA)x+(B+ΔB)uq+f+(1r‾+ΔR)x---(2)]]>式中：ΔA、ΔB、f为由测量误差引起的系统不确定性，在工程实践中都是有界的；目标机动项x为零均值高斯白噪声过程，其方差为Q(t)；步骤二、随机快速光滑二阶滑模控制律；考虑如下的动态系统s·=g(t)+u+x---(3)]]>式中，s是滑模变量；u为系统的输入；g(t)为充分光滑的不确定函数，且其导数项是有界的，即gd为已知的正常数；令m1＝s，随机快速光滑二阶滑模动态如下：m·1=-k1|m1|(m-1)/msgn(m1)-k2m1-k3|m2|sgn(m1)+xm·2=-k4|m1|(m-2)/msgn...

【专利技术属性】
技术研发人员：方洋旺，杨鹏飞，伍有利，张丹旭，彭维仕，
申请(专利权)人：方洋旺，
类型：发明
国别省市：陕西;61