考虑弹体动态特性的非奇异有限时间制导律

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1、王超伦，等：考虑弹体动态特性的非奇异有限时间制导律7考虑弹体动态特性的非奇异有限时间制导律王超伦，薛林，闫晓勇（中国航天科工二院，北京100854）摘要：为满足导弹拦截机动目标时交会角约束和有限时间收敛的需求，建立了满足考虑弹体一阶动态特性的制导模型，把目标加速度视为有界外界干扰，同时结合非线性反步设计法中的动态面法，设计了一种考虑弹体动态延迟的非奇异滑模制导律，并且证明了基于Lyapunov稳定性理论制导系统状态渐进收敛到零。在所设计的制导律下，对单侧机动的低空高速目标进行仿真。仿真结果表明所设计的非奇异制导律可以有效

2、降低弹体动态延迟带来的影响，而且具有较低的脱靶量与交会角误差，通过与考虑弹体动态特性和交会角约束的最优导引律进行仿真对比，有更高的制导精度。关键词：防空导弹，制导律，动态特性，交会角约束，滑模控制，有限时间中图分类号：TJ765文献标识码：ANonsingularSlidingModeFinite-timeGuidancewithMissileDynamicWANGChaolunXUELinYANXiaoyong（TheSecondAcademyofCASIC,Beijing100854）Abstract:Inorder

3、torealizeinterceptangleconstraintandfinite-timeconvergencewhenamissileinterceptsamaneuveringtarget,aguidancemodelisproposedbasedonthefirst-ordermissiledynamics,regardingthetargetaccelerationasunknownboundedexternaldisturbance,andapplyingdynamicsurfaceofnonlinearb

4、acksteppingtheorytodesignanonsingularslidingmodeguidancelawwithmissiledynamic.BasedontheLyapunovstabilitytheory,itisprovedthatthestatesofguidancesystemasymptoticallyconvergetozero.Simulationsoninterceptingtargetswithconstantmaneuveringoflowattitudeandhighvelocity

5、aremade.Simulationresultsindicatethatguidancelawcanreduceinfluencecausedbythemissiledynamiceffectively,andthemissdistanceandinterceptangleerroraresmall,bycontrastedwiththeoptimalguidancelawwithmissiledynamicandinterceptangleconstraint,theguidancelawhashigherguida

6、nceaccuracy.Keywords:air-defensemissile,guidancelaw,dynamiccharacteristics,interceptangleconstraint,slidingmode,finite-time王超伦，等：考虑弹体动态特性的非奇异有限时间制导律7某些实际战术应用中,不仅要求导弹以高精度命中目标，还要求导弹以一定角度和有限时间实现对目标的攻击[1]。考虑交会角约束的导引律主要有基于比例导引附加偏置项、基于最优控制理论、基于滑模变结构控制几种[2]，滑模变结构控制因具有响应

7、快、对参数扰动不灵敏、物理实现简单等优点，成为近年来制导领域研究的热点。在考虑弹体动态特性和交会角约束的滑模制导律研究方面，周荻最早通过将自驾仪近似成二阶系统，应用反步法设计制导律并能对机动目标进行拦截，但没有考虑有限时间收敛问题[3]。孙胜将自驾仪延迟近似为一阶系统设计了有限时间收敛的导引律[4]，曲萍萍将自驾仪延迟作为二阶系统，通过动态面理论设计了一种有限时间收敛的滑模导引律[5]，但他们所选取的滑模面均是线性的。何绍明与张振兴分别通过设计非线性滑模面和不同的观测器较为精确地估计目标加速度以实现对机动目标的拦截[6-

8、7]。李桂林等在设计观测器的基础上讨论了不确定性对制导效果的影响[8]。MehdiGolestani等设计了一种自适应非线性滑模面，可以有效加快滑模收敛速度[9]，但这些方法并没有解决导引律的奇异项问题，在一定情况下造成制导律发散。为解决非线性滑模制导的奇异性问题，2014年，ShashiRanjanKumar提出非