導(dǎo)彈控制系統(tǒng)優(yōu)化研究范文

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1引言

通常導(dǎo)彈控制系統(tǒng)的控制性不是很穩(wěn)定，往往將這樣的特性稱為動態(tài)性，基于這樣的現(xiàn)狀下，導(dǎo)彈控制系統(tǒng)需要進一步進行優(yōu)化研究，以提升其穩(wěn)定性。然而，傳統(tǒng)的導(dǎo)彈系統(tǒng)的優(yōu)化控制方法，并不適用于所有的導(dǎo)彈，而只是適用于中小規(guī)模、函數(shù)性態(tài)相對簡單的導(dǎo)彈控制系統(tǒng)的優(yōu)化。目前導(dǎo)彈系統(tǒng)是一個包含多個領(lǐng)域的大型綜合系統(tǒng)，包括幾何外形分析、氣動分析、隱身分析和結(jié)構(gòu)設(shè)計等，目前所使用的經(jīng)典優(yōu)化設(shè)計方法并不能對其起到作用。綜合優(yōu)化設(shè)計方法是集合了多個學(xué)科的知識，對大規(guī)模的導(dǎo)彈系統(tǒng)的優(yōu)化設(shè)計進行有效解決的方法，它在控制系統(tǒng)的優(yōu)化設(shè)計的實施過程中，主要通過對分布式計算機網(wǎng)絡(luò)的有效利用，將多個領(lǐng)域的知識進行綜合處理，最終得到控制系統(tǒng)的優(yōu)化設(shè)計方法，綜合應(yīng)用到優(yōu)化設(shè)計的全部過程中，實現(xiàn)對多個領(lǐng)域的知識的充分利用的同時，也進一步促使了系統(tǒng)之間的相互作用所產(chǎn)生的協(xié)同效應(yīng)，實現(xiàn)導(dǎo)彈控制系統(tǒng)的優(yōu)化設(shè)計。

2導(dǎo)彈控制系統(tǒng)的組成

導(dǎo)彈控制系統(tǒng)主要由綜合控制電路、舵系統(tǒng)和慣性組件組成。控制系統(tǒng)主要通過對導(dǎo)彈舵面的有效操縱來實現(xiàn)對導(dǎo)彈的整個飛行軌跡的控制。其中：慣性組件包括三只框架式自由角陀螺儀、兩只線加速度計和三只液環(huán)式角加速度計，分別用于測量導(dǎo)彈彈體的姿態(tài)角信號、線加速度信號和角加速度信號。綜合控制電路由數(shù)字電路和各種特定功能的模擬電路組成，包括固態(tài)繼電器、運算放大電路、跟蹤記憶電路、歸零裝置、功率驅(qū)動模塊、變結(jié)構(gòu)控制電路等，用于實現(xiàn)傳感器信號的傳遞、變換、運算、放大、阻尼矯正、PID控制和導(dǎo)彈控制系統(tǒng)工作狀態(tài)、工作階段的切換等功能。舵系統(tǒng)由功率驅(qū)動模塊、舵機、傳動機構(gòu)、舵面和舵反饋信號電路組成。某些導(dǎo)彈使用不具有反饋回路的開環(huán)舵系統(tǒng)，其功能是根據(jù)舵控信號開環(huán)控制舵面偏轉(zhuǎn)運動。

3經(jīng)典控制方法在導(dǎo)彈控制系統(tǒng)中應(yīng)用及其局限性

（1）導(dǎo)彈在飛行過程中存在各種不確定性。為提升導(dǎo)彈飛行過程中的穩(wěn)定性，可以通過添加測量組件，并進一步用其對下一步的飛行路徑進行有效預(yù)測。然而經(jīng)典方法對確定的線性化模型進行設(shè)計時，優(yōu)化的設(shè)計方法主要是通過利用穩(wěn)定裕度法對不確定性問題進行預(yù)測。按照這種方法進行優(yōu)化設(shè)計的控制系統(tǒng)，不但要具有動態(tài)性，同時還需要具備抗干擾性，然而這種方法設(shè)計的控制系統(tǒng)最終對于動態(tài)的品質(zhì)有一定的影響。因此，為確保系統(tǒng)具有一定的穩(wěn)定裕度，往往采取折中的設(shè)計手法。（2）利用穩(wěn)定裕度進行設(shè)計的基本目標是提升系統(tǒng)的穩(wěn)定性和降低其干擾性，采用經(jīng)典控制方法設(shè)計的控制系統(tǒng)往往會因為系統(tǒng)的魯棒性較差而難以滿足基本需求。（3）在于對象本質(zhì)的非線性。針對比較繁瑣的非線性控制系統(tǒng)，往往不只是單純地對泰勒級數(shù)的應(yīng)用來對系統(tǒng)進行優(yōu)化設(shè)計，往往也得有針對性地采取非線性控制方法。因此，面對越來越復(fù)雜的環(huán)境的變化，對導(dǎo)彈控制系統(tǒng)優(yōu)化設(shè)計方法研究變得越來越有必要。

4現(xiàn)代控制方法在導(dǎo)彈控制系統(tǒng)設(shè)計中的應(yīng)用

不同于經(jīng)典控制方法，現(xiàn)代控制方法主要通過對抑制參數(shù)的把控及對各種動態(tài)信息的及時追蹤，使得對導(dǎo)彈的動態(tài)性、干擾性能夠進行有效控制。這也是現(xiàn)代控制法所優(yōu)于傳統(tǒng)控制法的方面，基于這樣的性能優(yōu)勢，現(xiàn)代控制方法得到了大范圍地推廣與應(yīng)用，不僅優(yōu)化了傳統(tǒng)的導(dǎo)彈控制系統(tǒng)，同時還進一步促進了導(dǎo)彈控制系統(tǒng)優(yōu)化設(shè)計技術(shù)的快速發(fā)展。比較有代表性的現(xiàn)代控制方法主要有以下幾個方面：

4.1滑模變結(jié)構(gòu)控制滑模變結(jié)構(gòu)控制是一種用于非線性路徑的系統(tǒng)控制方法，該系統(tǒng)反應(yīng)快、超調(diào)量小、系統(tǒng)結(jié)構(gòu)簡單，且具有穩(wěn)定性和抗干擾性等優(yōu)勢，因此該系統(tǒng)逐步在目前的飛行控制系統(tǒng)優(yōu)化設(shè)計領(lǐng)域中開始被逐步采用。將主要針對經(jīng)典控制法下導(dǎo)彈飛行過程中所存在的不確定性進行有效控制，一方面在結(jié)果方面，對導(dǎo)彈進行滑模變結(jié)構(gòu)的優(yōu)化設(shè)計，使得結(jié)構(gòu)變得更加簡單，便于控制，另一方面，在性能方面，該結(jié)構(gòu)在一定程度上也提升其對外界干擾的魯棒性。這是一種針對導(dǎo)彈控制系統(tǒng)所存在的不確定性進行有效地規(guī)避，同時排除外界干擾的一種有效結(jié)構(gòu)，因此，在一定程度上將會增強導(dǎo)彈的定位準確性以及提升其排除干擾的能力，為導(dǎo)彈的高效服務(wù)提供了更好的結(jié)構(gòu)。

4.2魯棒控制魯棒控制是提高控制系統(tǒng)精確性的重要控制方法。其主要的原理是針對動態(tài)路徑的變化，進一步確定系統(tǒng)在下一個階段的設(shè)置參數(shù)，因此其參數(shù)的動態(tài)設(shè)置，可以提高控制系統(tǒng)的動態(tài)穩(wěn)定性。由于控制系統(tǒng)的魯棒性和動態(tài)性能很難同時實現(xiàn)，魯棒控制以降低系統(tǒng)動態(tài)性能來提升系統(tǒng)的強魯棒性，總體而言設(shè)計方面還是存在一定的缺陷。隨著科技不斷進步，魯棒控制的方法也開始逐步進行優(yōu)化設(shè)計，其動態(tài)性能也得到了有效提升，其系統(tǒng)的控制也變得更加。

4.3反饋線性化控制反饋線性化的基本思想是利用全狀態(tài)反饋抵消原系統(tǒng)中的非線性特性，得到偽線性系統(tǒng)，然后應(yīng)用線性理論對系統(tǒng)進行綜合。反饋線性化方法可分為微分幾何方法和非線性動態(tài)逆方法。采用反饋線性化方法要求已知被控對象精確的數(shù)學(xué)模型，而實際系統(tǒng)的精確數(shù)學(xué)模型通常是難以得到的，因此，采用該方法設(shè)計的導(dǎo)彈控制系統(tǒng)的魯棒性能較差。

4.4反演控制反演控制是將復(fù)雜的非線性系統(tǒng)分解為不超過系統(tǒng)階數(shù)的若干個子系統(tǒng)，然后根據(jù)李亞普諾夫穩(wěn)定性定理設(shè)計每個子系統(tǒng)的李亞普諾夫函數(shù)和中間虛擬控制量，一直“后退”到整個系統(tǒng)，最后將它們集成起來實現(xiàn)控制律的設(shè)計。其關(guān)鍵是令某些狀態(tài)為另一些狀態(tài)的虛擬控制輸入，最終找到一個李亞普諾夫函數(shù)，從而推出一個使整個系統(tǒng)閉環(huán)穩(wěn)定的控制律。

5結(jié)論

隨著飛行要求地不斷提升，導(dǎo)彈控制系統(tǒng)的性能優(yōu)化的技術(shù)要求也隨之越來越高。目前，經(jīng)典控制方法已經(jīng)不能滿足導(dǎo)彈飛行的要求，然而現(xiàn)代的控制方法雖然相對于經(jīng)典控制方法在技術(shù)上面有所提升，但還是有其缺陷的地方，而復(fù)合控制方法能夠滿足現(xiàn)代飛行的要求，為導(dǎo)彈控制系統(tǒng)的優(yōu)化提供了新的路徑。

作者：張海軍 單位：92337 部隊 遼寧省大連市