一种导弹非奇异固定时间滑模制导律的设计方法.pdf

(19)中华人民共和国国家知识产权局(12)发明专利申请(10)申请公布号CN114153143A(43)申请公布日2022.03.08(21)申请号202111201237.2(22)申请日2021.10.15(71)申请人南京航空航天大学地址210016江苏省南京市秦淮区御道街29号(72)发明人刘继承江驹阴浩博刘亮李荣(74)专利代理机构南京苏高专利商标事务所(普通合伙)32204代理人王安琪(51)Int.Cl.G05B13/04(2006.01)权利要求书3页说明书7页附图2页(54)发明名称一种导弹非奇异固定时间滑模制导律的设计方法(57)摘要本发明公开了一种导弹非奇异固定时间滑模制导律的设计方法，包括如下步骤：(1)建立导弹再入末端制导段纵向平面内弹目之间相对运动学方程；(2)对于步骤(1)所得到的纵向平面内弹目之间相对运动学方程，要求状态变量x1、x2在固定时间内趋近于零；(3)根据步骤(2)设计的固定时间非奇异终端滑模面以及其趋近律形式，设计控制律；(4)针对步骤(3)的未知扰动项，设计固定时间干扰观测器；(5)针对步骤(3)和步骤(4)中所设计的控制器以及干扰观测器，利用Lyapunov稳定性理论证明其稳定性及固定时间收敛特性，并计算收敛时间上界。本发明可以保证导弹在固定时间内满足落角、导引头视场角约束，以期望的落角精确命中目标。CN114153143ACN114153143A权利要求书1/3页1.一种导弹非奇异固定时间滑模制导律的设计方法，其特征在于，包括如下步骤：(1)建立导弹再入末端制导段纵向平面内弹目之间相对运动学方程；(2)对于步骤(1)所得到的纵向平面内弹目之间相对运动学方程，要求状态变量x1、x2在固定时间内趋近于零；(3)根据步骤(2)设计的固定时间非奇异终端滑模面以及其趋近律形式，设计控制律；(4)针对步骤(3)的未知扰动项，设计固定时间干扰观测器；(5)针对步骤(3)和步骤(4)中所设计的控制器以及干扰观测器，利用Lyapunov稳定性理论证明其稳定性及固定时间收敛特性，并计算收敛时间上界。2.如权利要求1所述的导弹非奇异固定时间滑模制导律的设计方法，其特征在于，步骤(1)中，建立导弹再入末端制导段纵向平面内弹目之间相对运动学方程具体为：式中，VM和VT分别为导弹和目标飞行速度，ηM＝q‑θM，ηT＝q‑θT，R为弹目距离，为接近速度，q和分别为视线角和视线角速率，水平基线沿逆时针方向旋转到弹目视线上时q值为正；选取状态变量x1＝q‑qd，其中qd为导弹末端期望落角，记为导弹法向过载，对x1和x2求导并将(1)式代入可以得到式中，为未知扰动项。3.如权利要求1所述的导弹非奇异固定时间滑模制导律的设计方法，其特征在于，步骤(2)中，对于步骤(1)所得到的不确定纵向平面制导系统方程，要求状态变量x1、x2在固定时间内趋近于零具体为：设计新型快速收敛固定时间非奇异终端滑模面如下αs＝x2+k0x1+k1sig(x1)+k2φ(x1)(3)ααβ‑γ式中，k0,k1,k2＞0为正常数，sig(x1)＝|x1|sign(x1)，α＞1＞β＞0，ω1＝ι，γ＞0，ι＞0为很小的正常数；对于式(3)中的滑模面，设计其趋近律形式为式中，λ0,λ1,λ2＞0为正常数，m＞1＞n＞0，从式(5)中看出，当R较大时，趋近速度较慢，当R→0时，趋近速度迅速增加，保证制导系统快速进入滑动模态。4.如权利要求1所述的导弹非奇异固定时间滑模制导律的设计方法，其特征在于，步骤2CN114153143A权利要求书2/3页(3)中，根据步骤(2)设计的固定时间非奇异终端滑模面以及其趋近律形式，设计控制律具体为：式中，为式(2)中未知扰动项Δ的估计值。由于导弹打击的目标为地面固定或低速运动的目标，因此假设未知扰动项Δ有界，即存在未知有界正常数δ，满足||Δ||＜δ。5.如权利要求1所述的导弹非奇异固定时间滑模制导律的设计方法，其特征在于，步骤(4)中，针对步骤(3)的未知扰动项，设计固定时间干扰观测器具体为：式中，和分别为滑模变量s和未知扰动项Δ的估计值，L为待设计参数需满足L≥δ，2参数κ1，κ2需满足s+κ1s+κ2＝0为Hurwitz，当观测器观测目标加速度在固定时间收敛后，可完全补偿未知扰动项，即满足6.如权利要求1所述的导弹非奇异固定时间滑模制导律的设计方法，其特征在于，步骤(5)中，针对步骤(3)和步骤(4)中所设计的控制器以及干扰观测器，利用Lyapunov稳定性理论证明其稳定性及固定时间收敛特性，并计算收敛时间上界具体为：选取Lyapunov函数对V1求导有式中，系统满足固定时间收敛，其中收敛时间上界为系统收敛时间与系统初始状态无关，只与控制器参数相关；当系统到达滑模面后，将沿滑模面运动直到收敛到原点，此时滑