速度不可控条件下的多弹编队协同控制方法技术

本发明专利技术涉及一种速度不可控条件下的多弹编队协同控制方法，采用领从式制导策略，领弹和从弹的信息传递是单向的，从弹能够接收领弹信息，领弹不能接收从弹信息；采用滑模变结构控制理论分别对领弹和从弹进行编队控制器设计；本发明专利技术相比于当前多弹编队协同控制器设计方法，无需对导弹速度进行控制，并且基于滑模变结构理论的控制律较为简洁，并且满足快速性和稳定性，也可以实现编队队形的形成和保持。

Cooperative control method of multi missile formation under uncontrollable velocity

【技术实现步骤摘要】
速度不可控条件下的多弹编队协同控制方法
本专利技术涉及导弹编队控制
，尤其涉及导弹速度不可控条件下的编队控制方法。
技术介绍
多枚导弹组成编队系统，可以通过信息交互，共同完成目标搜索等任务，极大地增强了发现目标的概率，因此研究多弹编队飞行具有非常重要的现实意义。传统的编队控制策略分为三类：基于领导者-跟随者的编队控制策略、基于行为的编队控制策略和基于虚拟结构的编队控制策略。虚拟结构策略是通过跟踪虚拟结构的状态信息进行编队保持，但是编队信息交互较为复杂；基于行为策略是由一系列基本行为组成，包括碰撞避免、队形保持等，控制行为为这几种的加权平均，该方法适用性强，但是缺乏相应的理论分析基础；领导者-跟随者策略是通过对领弹速度、弹道倾角、弹道偏角的跟踪来调整从弹，达到保持队形的目的，此控制策略易于实现，所以目前领导者-跟随者的编队控制策略最多也最成熟。
技术实现思路
要解决的技术问题现有的编队控制器设计多集中在无人机等领域，由于其速度可控，易于编队控制器的设计和实现。从无人机编队控制器设计中获得了灵感，选用领弹-从弹的编队控制策略，采用导弹的一阶自动驾驶仪进行编队控制器设计，但是该方法需要导弹的速度可控，这在目前导弹的飞行过程中是很难实现的。综上所述，现有导弹编队协同控制方法存在要对速度进行控制才能实现编队这一问题，急需一种可以不对速度进行控制就可以实现编队控制器的设计方法。技术方案一种速度不可控条件下的多弹编队协同控制方法，采用领从式制导策略，领弹和从弹的信息传递是单向的，从弹能够接收领弹信息，领弹不能接收从弹信息；其特征在于采用滑模变结构控制理论分别对领弹和从弹进行编队控制器设计：(1)领弹控制器设计领弹的滑模变结构理论进行控制器设计，具体形式如下：式中，anyl和anzl分别为领弹在弹道坐标系下的俯仰通道和偏航通道加速度，rl和分别代表领弹与目标的弹目距离和弹目距离变化率，和分别代表领弹的视线倾角变化率和视线偏角变化率，r1l＝rcosqεl，m＞0，n＞0，0＜δ1＜0.1，0＜δ2＜0.1；(2)从弹控制器设计采用滑模变结构控制理论进行从弹控制器设计，具体形式如下：式中，X1＝[x1x3x5]T,X2＝[x2x4x6]T，Xl和Xfi分别代表领弹和第i枚从弹在惯性系下x方向上的坐标值，Yl和Yfi分别代表领弹和第i枚从弹在惯性系下y方向上的坐标值，Zl和Zfi分别代表领弹和第i枚从弹在惯性系下z方向上的坐标值，和分别代表惯性系下领弹和第i枚从弹在x、y和z方向上的期望相对位置差值，和分别代表Xl、Xfi、Yl、Yfi、Zl和Zfi的一阶导数；A1＝sinθficosψVfi，A2＝-sinψVfi，A3＝-cosθfi，A4＝-sinθfisinψVfi，A5＝-cosψVfi，D＝[D1D2D3]T，u1＝anyfi，u2＝anzfi；领弹在弹道坐标系下的俯仰通道和偏航通道加速度分别为anyl和anzl，第i枚从弹在弹道坐标系下的俯仰和偏航通道加速度分别为anyfi和anzfi，θl和ψVl分别代表领弹的弹道倾角和弹道偏角，θfi和ψVfi分别代表第i枚从弹的弹道倾角和弹道偏角，Vl和Vfi分别代表领弹和第i枚从弹的速度；εi∈R3×3，εi＝diag(ε1i,ε2i，ε3i)，ε1j＞0(j＝1，2，3)，k1i∈R3×3，k1i＝diag(k11i，k12i,k13i)，k1ji＞0(j＝1,2,3)，k2i∈R3×3，k2i＝diag(k21i,k22i,k23i)，k2ji＞0(j＝1，2，3)，k3i∈R3×3，k3i＝diag(k31i，k32i，k33i)，k3ji＞0(j＝1,2，3)，k4i∈R3×3，k4i＝diag(k41i，k42i，k43i)，k4ji＞0(j＝1,2，3)，1＜αi＜2。有益效果本专利技术提出的一种速度不可控条件下的多弹编队协同控制方法，相比于当前多弹编队协同控制器设计方法，无需对导弹速度进行控制，并且基于滑模变结构理论的控制律较为简洁，并且满足快速性和稳定性，也可以实现编队队形的形成和保持。具有如下特点：(1)在惯性坐标系下对编队控制系统进行推导；(2)通过惯性坐标系和弹道坐标系之间的转换矩阵，将弹道系下的俯仰通道和偏航通道加速度转换到惯性系下，得到编队控制系统模型；(3)针对该控制系统模型，采用滑模变结构控制设计了从弹的编队控制器。附图说明图1：单枚导弹与目标的弹目相对运动关系；图2：领弹和从弹的坐标系定义；图3：领弹和从弹在惯性坐标系下的相对位置关系；图4：一枚领弹和两枚从弹的轨迹；图5：领弹的加速度曲线；图6：从弹1的加速度曲线；图7：从弹2的加速度曲线；图8：领弹和从弹1相对位置与期望值误差曲线；图9：领弹和从弹2相对位置与期望值误差曲线。具体实施方式现结合实施例、附图对本专利技术作进一步描述：一种速度不可控条件下的多弹编队协同控制方法，包括如下步骤：第一步，根据领弹和从弹在惯性系下的相对位置，求得领弹和从弹间的相对位置和期望相对位置的跟踪误差模型，并且求出了多弹编队控制系统在惯性坐标系下的表达式。第二步，为了得到编队控制系统在弹道坐标系下的表达式，将导弹在弹道坐标系下的加速度转换到惯性坐标系下，结合领弹和从弹的相对位置与期望相对位置的跟踪误差模型，经过化简得到编队控制系统的具体模型。第三步，采用滑模变结构控制理论分别对领弹和从弹进行编队控制器设计，并采用Lyapunov稳定性理论分析本专利技术控制器设计方法的稳定性。本专利技术提出了一种速度不可控条件下的多弹编队协同控制方法，具体实施步骤如下：第一步，根据领弹和从弹在惯性系下的相对位置，求得领弹和从弹间的相对位置与期望相对位置的跟踪误差模型，并且求出了多弹编队控制系统在惯性坐标系下的表达式。(1)编队控制器设计基础知识考虑到单枚导弹在中制导段可能出现探测视场角较小，导致观测不到目标的情况。为了提高导弹在中制导段观测到目标的概率，采用多枚导弹进行编队，同时对目标进行观测。下面给出导弹攻击目标的弹目相对运动关系如图1所示。如图1所示，Oxyz代表惯性坐标系，Ox2y2z2代表弹道坐标系，M和T分别代表导弹和目标，θ和ψV分别代表弹道倾角和弹道偏角。导弹由惯性坐标系到弹道坐标系的变换矩阵可通过两次旋转求得。首先将地面坐标系绕Ay轴旋转一个ψV角，然后绕Az2轴旋转一个θ角，可以得到地面坐标系与弹道坐标系之间的转换矩阵为导弹的运动学方程如下：(2)导弹编队控制器设计模型本专利技术采用领从式制导策略进行编队控制器设计。给出领弹和两枚从弹的坐标系定义如图2所示，领弹和从弹的信息传递是单向的，从弹能够接收领弹信息，领弹不能接收从弹信息，其本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种速度不可控条件下的多弹编队协同控制方法，采用领从式制导策略，领弹和从弹的信息传递是单向的，从弹能够接收领弹信息，领弹不能接收从弹信息；其特征在于采用滑模变结构控制理论分别对领弹和从弹进行编队控制器设计：/n(1)领弹控制器设计/n领弹的滑模变结构理论进行控制器设计，具体形式如下：/n

【技术特征摘要】
1.一种速度不可控条件下的多弹编队协同控制方法，采用领从式制导策略，领弹和从弹的信息传递是单向的，从弹能够接收领弹信息，领弹不能接收从弹信息；其特征在于采用滑模变结构控制理论分别对领弹和从弹进行编队控制器设计：
(1)领弹控制器设计
领弹的滑模变结构理论进行控制器设计，具体形式如下：






式中，anyl和anzl分别为领弹在弹道坐标系下的俯仰通道和偏航通道加速度，rl和分别代表领弹与目标的弹目距离和弹目距离变化率，和分别代表领弹的视线倾角变化率和视线偏角变化率，r1l＝rcosqεl，m＞0，n＞0，0＜δ1＜0.1，0＜δ2＜0.1；
(2)从弹控制器设计
采用滑模变结构控制理论进行从弹控制器设计，具体形式如下：



式中，X1＝[x1x3x5]T,X2＝[x2x4x6]T，Xl和Xfi分别代表领弹和第i枚从弹在惯性系下x方向上的坐标值，Yl和Yfi分别代表领弹和第i枚从弹在惯性系下y方向上的坐标值，Zl和Zfi分别代表领弹和第i枚从弹在惯性系下z方向上的坐标值，和分别代表惯性系下领弹和第i枚从弹在x、y和z方向上的期望相对位置差值，和分别代表Xl、X...

【专利技术属性】
技术研发人员：韩治国，张振林，张科，吕梅柏，李伟，许锦，
申请(专利权)人：西北工业大学，
类型：发明
国别省市：陕西;61