一种动能拦截器的模糊增强抗干扰控制系统和方法技术方案

本发明专利技术公开了一种动能拦截器的模糊增强抗干扰控制系统和方法，包含对动能拦截器姿态动力学模型的建立；简化拦截器姿态动力学模型，得到面向控制的系统模型；未建模动态影响下，动能拦截器模糊增强抗干扰控制器的设计；动能拦截器控制架构的设计；最后，基于李雅普诺夫函数稳定性理论对所设计的模糊增强抗干扰控制器进行稳定性分析，从理论上证明了系统最终收敛有界，并利用MATLAB进行了仿真实例验证。证。证。

【技术实现步骤摘要】
一种动能拦截器的模糊增强抗干扰控制系统和方法


[0001]本专利技术属于拦截器控制
，具体涉及一种动能拦截器的模糊增强抗干扰控制系统和方法。

技术介绍

[0002]动能拦截器是一种利用自身的动能拦截大气层外的来袭目标的先进武器，其杀伤方式是利用其高速飞行产生的动能直接碰撞并摧毁来袭目标。与使用空气动力改变姿态的传统大气层内制导武器不同，动能拦截器通过姿态控制系统的姿态控制引擎产生矢量推力来改变姿态。动能拦截器的姿态控制系统是一个具有强耦合的多输入多输出的非线性系统。在其控制过程中，不确定性主要有两类：一类是空间环境引起的外部干扰；二是转动惯量建模不确定、推力偏心、质心漂移等内部干扰，这对控制器的设计提出了更高的要求。
[0003]针对动能拦截器的姿态控制问题，提出了多种控制器设计方法，例如基于模型预测控制理论的开关姿态控制律、基于时间尺度分离技术的PI控制器、基于非线性的制导律扰动观测器(NDO)和滑模变结构控制等，但这些方法在解决动能拦截器的姿态控制问题上都存在一定的不足，有些是不利于工程实现，有些则是没有充分考虑参数扰动和外部扰动对控制系统的影响。

技术实现思路

[0004]本专利技术的目的在于克服上述现有技术的缺点，提供一种动能拦截器的模糊增强抗干扰控制系统和方法，以解决现有技术中现有的动能拦截器未充分考虑参数扰动和外部扰动的问题。
[0005]为达到上述目的，本专利技术采用以下技术方案予以实现：
[0006]一种动能拦截器的模糊增强抗干扰控制方法，包括以下步骤：<br/>[0007]步骤1，建立动能拦截器的姿态动力学模型；
[0008]步骤2，将姿态动力学模型改写为向量方程组；所述向量方程组结合通道之间的耦合，状态和输入信号之间的耦合、油耗和拦截器的制造误差，获得动能拦截器的面向控制的系统模型；
[0009]步骤3，基于反步法，将面向控制的系统模型分成两个子系统，分别为内环系统和外环系统；通过设计内环系统的间接补偿控制律和自适应控制律的控制器使得内环系统收敛；在内环系统收敛的基础上，设计外环系统的间接补偿控制律和自适应控制律使得外环系统收敛；外环系统的间接补偿控制律中通过引入动态信号处理未建模动态，通过模糊逻辑系统处理耦合不确定性，通过边界估计器处理模糊逻辑系统中的拟合误差和匹配干扰，最后使得外环系统收敛；
[0010]所述动能拦截器按照外环系统设计的间接补偿控制律和自适应控制律执行，使得所述动能拦截器的姿态动力学模型稳定。
[0011]本专利技术的进一步改进在于：
[0012]优选的，步骤1中，所述姿态动力学模型为：
[0013][0014]其中，γ,ψ,θ分别为动能拦截器的滚转角，偏航角和俯仰角；ω
x
,ω
y
,ω
z
分别为弹体坐标系相对于惯性系统的转动角速度在弹体坐标系三个轴上的分量；M
x
,M
y
,M
z
为作用在动能拦截器弹体坐标系三个轴上的控制力矩；d
M,x
,d
M,y
,d
M,z
分别为姿态干扰力矩在弹体系三个轴上的分量；J
x
,J
y
,J
z
分别为动能拦截器相对于弹体系3个轴的转动惯量；
[0015]步骤2中，所述向量方程组为：
[0016][0017]其中，
[0018][0019][0020]ξ(t),ω(t)分别为动能拦截器的姿态角向量和弹体坐标系相对于惯性系统的转动角速度向量，γ,ψ,θ是动能拦截器的姿态角分量分别代表滚转角，偏航角和俯仰角；ω
x
,ω
y
,ω
z
分别为弹体坐标系相对于惯性系统的转动角速度ω在弹体坐标系三个轴上的分量；u(t)＝[F
a
(t),F
b
(t),F
c
(t)]T
代表动力学模型的控制输入，其中u的分量F
a
,F
b
,F
c
分别是姿态发动机的推力性能，K
M
为通道的放大系数矩阵；J为动能拦截器相对于弹体系的转动惯量矩阵；r为一对差动式滚动发动机推力作用线之间的垂直距离；l为俯仰/偏航姿态控制发动机推力作用线到质心的垂直距离；d0(t)定义为动能拦截器在执行任务过程中姿态干扰力矩和控制力矩不确定性引起的总的扰动。
[0021]优选的，步骤2中，所述面向控制的系统模型为：
[0022][0023]优选的，步骤3中，所述内环系统为：
[0024][0025]所述内环系统的控制律为：
[0026]ω
v
(t)＝ω
c
(t)+ω
a
(t)
ꢀꢀꢀꢀꢀ
(13)
[0027]其中，ω
c
为内环系统的间接补偿控制律，ω
a
为内环系统的自适应控制律。
[0028]优选的，内环系统的间接补偿控制律为：
[0029][0030]内环系统的自适应控制律为：
[0031][0032]其中，为自适应参数。
[0033]优选的，根据李雅普诺夫函数稳定性定理，自适应参数的更新率为：
[0034][0035]优选的，所述动态信号r(t)为：
[0036][0037]其中，γ0∈(0,γ1)；
[0038]动态信号具有如下性质：
[0039][0040]其中，ε
r
＝V
η
(η(0))+γ2/γ1；
[0041]外环的控制律为：
[0042]u(t)＝u
c
(t)+u
a
(t)
[0043]其中，u
c
为外环系统的间接补偿控制律；u
a
为外环系统的自适应控制律。优选的，所述外环系统的间接补偿控制律为：
[0044][0045]外环系统的自适应控制律为：
[0046][0047]其中，为Γ
B
的估计值，Γ
B
＝[Λ
B
+p
u
I
‑
I]/[Λ
B
+p
u
I]。
[0048]优选的，所述间接补偿控制律和自适应控制律通过李雅普诺夫候选函数进行稳定性验证。
[0049]一种动能拦截器的模糊增强抗干扰控制系统，包括：
[0050]模型建立单元，用于建立动能拦截器的姿态动力学模型；
[0051]面向控制的系统模型单元，用于将姿态动力学模型改写为向量方程组；所述向量方程组结合通道之间的耦合，状态和输入信号之间的耦合、油耗和拦截器的制造误差，获得动能拦截器的面向控制的系统模型；
[0052]控制律单元，用于基于反步法，将面向控制的系本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种动能拦截器的模糊增强抗干扰控制方法，其特征在于，包括以下步骤：步骤1，建立动能拦截器的姿态动力学模型；步骤2，将姿态动力学模型改写为向量方程组；所述向量方程组结合通道之间的耦合，状态和输入信号之间的耦合、油耗和拦截器的制造误差，获得动能拦截器的面向控制的系统模型；步骤3，基于反步法，将面向控制的系统模型分成两个子系统，分别为内环系统和外环系统；通过设计内环系统的间接补偿控制律和自适应控制律的控制器使得内环系统收敛；在内环系统收敛的基础上，设计外环系统的间接补偿控制律和自适应控制律使得外环系统收敛；外环系统的间接补偿控制律中通过引入动态信号处理未建模动态，通过模糊逻辑系统处理耦合不确定性，通过边界估计器处理模糊逻辑系统中的拟合误差和匹配干扰，最后使得外环系统收敛；所述动能拦截器按照外环系统设计的间接补偿控制律和自适应控制律执行，使得所述动能拦截器的姿态动力学模型稳定。2.根据权利要求1所述的一种动能拦截器的模糊增强抗干扰控制方法，其特征在于，步骤1中，所述姿态动力学模型为：其中，γ,ψ,θ分别为动能拦截器的滚转角，偏航角和俯仰角；ω
x
,ω
y
,ω
z
分别为弹体坐标系相对于惯性系统的转动角速度在弹体坐标系三个轴上的分量；M
x
,M
y
,M
z
为作用在动能拦截器弹体坐标系三个轴上的控制力矩；d
M,x
,d
M,y
,d
M,z
分别为姿态干扰力矩在弹体系三个轴上的分量；J
x
,J
y
,J
z
分别为动能拦截器相对于弹体系3个轴的转动惯量；步骤2中，所述向量方程组为：其中，
ξ(t),ω(t)分别为动能拦截器的姿态角向量和弹体坐标系相对于惯性系统的转动角速度向量，γ,ψ,θ是动能拦截器的姿态角分量分别代表滚转角，偏航角和俯仰角；ω
x
,ω
y
,ω
z
分别为弹体坐标系相对于惯性系统的转动角速度ω在弹体坐标系三个轴上的分量；u(t)＝[F
a
(t),F
b
(t),F
c
(t)]
T
代表动力学模型的控制输入，其中u的分量F
a
,F
b
,F
c
分别是姿态发动机的推力性能，K
M
为通道的放大系数矩阵；J为动能拦截器相对于弹体系的转动惯量矩阵；r为一对差动式滚动发动机推力作用线之间的垂直距离；l为俯仰/偏航姿态控制发动机推力作用线到质心的垂直距离；d0(t)定义为动能拦截器在执行任务过程中姿态干扰力矩和控制力矩不确定性引起的总的扰动。3.根据权利要求1所述的一种动能拦截器的模糊增强抗干扰控制方法，其...

【专利技术属性】
技术研发人员：王铮，刘佳丽，梁楠郁，宁昕，仲秦，
申请(专利权)人：西北工业大学，
类型：发明
国别省市：