带有攻击角约束的无抖振滑模制导律设计

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1、2016年4月北京航空航天大学学报April2016第42卷第4期JournalofBeijingUniversityofAeronauticsandAstronauticsV01．42No．4http：／／bhxb．buaa．edu．CHjbuaa@buaa．edu．cnDOI：10．13700／j．bh．1001-5965．2015．0290带有攻击角约束的无抖振滑模制导律设计周卫东1’+，陈沿逵1，熊少锋2’3(1．哈尔滨工程大学自动化学院，哈尔滨150001；2．北京航空航天大学自动化科学与电气工程学院，北京1000833．北京航空航天大学

2、飞行器控制一体化技术重点实验室，北京100083)摘要：考虑到自动驾驶仪的动态延迟问题和攻击角度约束问题，根据寻的导弹拦截逃逸机动目标设计了一种新的无抖振的滑模制导律。首先，对视线角进行三次微分可得到制导系统的状态方程；其次，根据制导系统状态方程设计滑模算法，通过选取满阶终端滑模(TSM)滑动流形避免了TSM的奇异问题，在控制输入的导数项中引入切换函数项进行扰动补偿，有效消除了控制器中的抖振现象；最后，将提出的控制算法应用到制导律的设计中，保证了视线角在有限时间内收敛到期望值。通过与现存的有限时间制导律对比，本文设计的制导律不仅能够补偿自动驾驶仪的

3、动态延迟而且能够有效消除控制器中的抖振现象。数字仿真验证了所提出的控制算法在制导律设计中的有效性。关键词：制导律；终端滑模；无抖振；自动驾驶仪延迟；攻击角度约束中图分类号：V448．13文献标识码：A文章编号：1001．5965(2016)04-0669-08现代战争中，机动目标的战斗部越来越具有威胁性，为了有效地拦截这种目标，应用现代控制思想设计相应的制导律也快速发展。对于执行机动飞行的目标，其制导系统中由于存在未知的目标加速度项，从而不利于制导律的设计。非线性控制领域中的滑模控制理论以其较好的鲁棒性和简单的设计方法，越来越引人注目⋯，在制导律设

4、计中滑模控制算法的应用也越来越广泛。文献[2]设计了一种有限时间收敛的非奇异快速终端滑模应用于制导环节；文献[3]根据目标的高机动性，设计了2种有限时间收敛的非奇异终端滑模制导律用来导引拦截器；针对静态目标、匀速以及机动目标，文献[4]提出了基于终端滑模的有限时间收敛的制导律，但是该制导律在足够小的误差内没有解决奇异性问题，容易引起控制器输出饱和；文献[5]将自适应滑模控制与反步控制理论结合设计了一种攻击机动目标的制导律，但是反步法的使用导致控制项中出现了不可测的高阶导数项，通过省略控制项中的不可测部分，设计的制导律精度有所降低；文献[6]通过设计

5、的渐近稳定观测器对未知扰动项进行补偿，从而得到光滑的制导律；文献[7]将视线角及其导数作为已知信息设计了新的积分滑动流形，并应用非线性扰动观测器(NonlinearDisturb—anceObserver，NDOB)估计未知目标加速度扰动量，并将估计值作为补偿项融人制导律设计中，有效降低了符号函数项在控制器中的比重，从而大幅减弱了抖振；文献[8]依据超螺旋算法原理设计了一种光滑二阶滑模控制算法(SSOMC)应用于双回路的导弹制导和控制一体化设计；文献[9]考虑到拦截器制导阶段攻击角度约束问题，选取非奇异终端滑模面设计了一种二阶滑模控制收稿日期：20

6、15-05-08；录用日期：2015-05-29；网络出版时间：2015-08-0317：26网络出版地址：WWW．cnki．net／kcms／detail／11．2625．V．20150803．1726．019．html基金项目：国家自然科学基金(61102107，61374208){通讯作者：Tel．：0451—82518814E-mail：zhouweidong@hrbeu．edu．en；f用格式：周卫东，眯沿逵，熊少锋．带有攻击角约束的无抖振滑模制导律设计ⅣJ．北京航空航天大学学报，2016，42(4)：669—676．ZHOUWD，CHE

7、NYK。XIONGSF．Chattering—freeslidingmodeguidancelawwithimpactangleconstraintfJJ．JournalofBeijingUniversityofAeronauticsandAstronautics，2016，42(4)：669-676(inChinese)．670北京航空航天大学学报算法应用于导弹攻击机动目标的制导律设计，该算法采用重构系统状态的方法进行稳定性证明显得过于复杂，而且笔者没有考虑导弹自动驾驶仪的动态延迟特性。虽然传统滑模有诸多优点，但是抖振现象一直是滑模控制难以摆脱的

8、缺陷。目前减弱抖振的常用方法有2种：一种是用饱和函数代替符号函数，但是这种方法会使滑模的鲁棒性降低，如文献[2—5]；另一