战术导弹自动驾驶仪变结构控制设计与仿真

　　1　引言

　　战术导弹在整个飞行过程中,由于飞行速度和高度的变化,使弹体参数剧烈变化,严重地影响了控制性能。当用经典控制理论设计自动驾驶仪时,一般采用舵回路、阻尼回路和加速度回路来减弱参数变化对系统的影响,但这种方法只能适用于弹体参数小范围缓慢变化的情形,且不能完全消除参数变化对系统的影响,而对弹体参数大范围剧烈变化的情形是无能为力的。作为制导控制系统内回路的导弹自动驾驶仪必须具有足够的鲁棒性以克服各种复杂多变的飞行条件对其带来的影响。滑模变结构控制本质上是一类特殊的非线性控制。其非线性表现为控制的不连续性,这种控制策略与其它控制的不同之处在于系统的“结构”并不固定,而是可以在动态过程中根据系统当前的状态(如偏差及其各阶导数等)有目的地不断变化,迫使系统按照预定“滑动模态”的状态轨迹运动。由于滑动模态可以进行设计且与对象参数及扰动无关,这就使得变结构控制具有快速响应、对参数变化及扰动不灵敏、无需系统在线辩识、物理实现简单等优点。变结构控制方法以强鲁棒性为特征,尤为适合导弹这类不确定性大的控制对象。为了进一步提高导弹的控制性能,本文采用滑模变结构控制理论来设计自动驾驶仪的控制系统。相对其它采用前述经典控制理论设计的自动驾驶仪来说,本文采用的变结构控制方法具有快速响应、对参数变化及扰动不灵敏、强鲁棒性、物理实现简单等优点。

　　2.2　问题的提出

　　如果用经典控制理论来设计自动驾驶仪,一方面要满足在各个特征点上均具有良好的动态特性,另一方面还要满足抗干扰和参数变化的要求,无法在所有的气动点都取得最佳的动态特性,只能在设计时进行折中处理,并确保系统具有一定的稳定裕度。应当说经典设计方法中的稳定裕度设计是以系统模型不确定性和干扰较小为前提的,当模型不确定性和干扰超过一定的范围,采用经典控制方法设计的自动驾驶仪就可能因为鲁棒性较差而难以保证控制系统的设计指标。对本文的变参数模型来说正是这种情况,由上一节可以看出参数a1、a2、b的变化范围之大、变化之剧烈,已经很难用经典控制理论来设计控制器控制G(S)使系统的输出迅速准确地跟踪控制指令信号,满足各项性能指标。而近年来逐渐成熟的滑模变结构控制正是以其对系统的内部结构参数变化和外部干扰具有不变性为特征,在理论和应用方面都得到了迅速发展,为导弹自动驾驶仪的设计提供了一条比较有效的解决途径。

　　2.3　滑动模态的设计