【技术实现步骤摘要】
本专利技术涉及制导控制，尤其是涉及一种飞行器反步超螺旋滑模制导控制一体化方法。
技术介绍
1、随着武器装备现代化的发展，制导飞行器越来越发挥着重要作用，也已成为国防安全现代化的标志。为实现对飞行中机动目标的精确打击，制导飞行器的制导控制技术关系重大。
2、传统制导控制系统的控制回路采用比例积分微分控制器，对于在复杂气动环境中执行任务的飞行器而言，外部干扰和模型不确定性将导致上述控制器失效，制导精度得不到保证。为此，许多学者将现代非线性控制方法如滑模控制、鲁棒控制、自适应控制等，用于飞行器控制系统，其中滑模控制技术因具有对参数不确定性、外部干扰不敏感的优势而被采用。然而，经典滑模控制律只能应对有界扰动，同时由于引入了不连续的切换项，一方面不利于工程实践，另一方面产生的抖振问题将会降低控制性能，严重时可能破坏系统稳定性。而超螺旋滑模控制器，从原理上能够处理时间导数有界的扰动，而不局限于有界扰动，且控制律连续，可以避免抖振现象的发生，在其他领域受到了广泛的应用。
3、另一方面，传统制导控制系统通常采用制导、控制分环设计方式，即在设计制导律时将控制系统视作理想系统，忽略其动态过程，这可能导致制导与控制系统的不匹配，进而造成整个系统的机动性降低、制导性能变差，甚至造成闭环系统不稳定。
技术实现思路
1、本专利技术的目的是提供一种飞行器反步超螺旋滑模制导控制一体化方法，解决飞行器制导控制不稳定的问题。
2、为实现上述目的，本专利技术提供了一种飞行器反步超螺旋
3、s1、建立末制导三维弹目相对运动模型及飞行器运动学和动力学模型，并构建制导控制一体化模型；
4、s2、针对制导环、姿态环和控制环三个子系统，设计反步超螺旋滑模控制器，并使用高阶滑模微分器观测虚拟控制量时间导数，使飞行器命中目标。
5、优选的，所述s1中，末制导三维弹目相对运动模型为：
6、
7、
8、式中：r为弹目相对距离，qε为视线高低角，qβ为视线方位角，v为飞行器运动速度，σ＝cosθcosqεcosη+sinθsinqε为前置角，θ为航迹倾角，ψv为航迹偏角，η＝ψv-qβ；vt、θt、ψvt分别为目标的速度、目标的航迹倾角、目标的航迹偏角，σt为目标前置角，ηt＝ψvt-qβ，ats＝[atsx，atsv，atsz]t为未知目标加速度在视线坐标系中的表示形式，ams＝[amsx，amsy，amsz]t为飞行器加速度在视线坐标系中的表示形式。
9、优选的，所述s1中，飞行器运动学和动力学模型为：
10、
11、
12、式中：γ是滚转角，θ是俯仰角，γv是航迹滚动角；jx、jy、jz为转动惯量；ωx、ωy、ωz为体坐标系转动角速度；mx、my、mz为俯仰、滚转与偏航力矩；α为攻角，β为侧滑角。
13、
14、式中：q是动压，l为参考长度，s为参考面积；为气动力矩对气流角、体坐标系转动角速度和舵偏角的偏导数；δx、δy、δz为俯仰、滚转、偏航三通道的舵偏角。
15、优选的，所述s1中，制导控制一体化模型为：
16、
17、式中：u＝[δx，δy，δz]t为控制律，x2＝[α，β，γ]t、x3＝[ωx，ωy，ωz]t为制导环、姿态环与控制环三个子系统的状态，d1、d2、d3为外部干扰和未建模动态所构成的总扰动项；
18、
19、
20、
21、g1＝ab
22、
23、
24、
25、
26、其中，m为飞行器的质量，g为重力加速度。
27、优选的，所述s2中，针对制导环子系统设计反步超螺旋滑模控制器的过程为：
28、定义滑动流形s1＝x1，设计反步超螺旋滑模虚拟控制量
29、
30、式中：控制增益ka1、ka2为对角阵，v1为高阶虚拟控制量；ζa定义为
31、
32、式中：上标(i，*)表示矩阵第i行，正定对称矩阵pai∈r2×2。
33、优选的，所述s2中，针对姿态环子系统设计反步超螺旋滑模控制器的过程为：
34、记定义滑动流形设计如下虚拟控制量
35、式中：控制增益kb1、kb2为对角阵，v2为高阶虚拟控制量；定义ζb如下：
36、
37、
38、
39、式中：即x3的跟踪误差；μ1∈r2，pbi∈r2×2为正定对称矩阵，上标(*，i)表示矩阵第i列。
40、优选的，所述s2中，针对控制环子系统设计反步超螺旋滑模控制器的过程为：
41、设计控制输入：
42、
43、式中：控制增益kc1、kc2为对角阵，v3为高阶虚拟控制量，定义如下：
44、
45、
46、式中：μ2∈r2，pci∈r2×2为正定对称矩阵。
47、本专利技术所述的一种飞行器反步超螺旋滑模制导控制一体化方法的优点和积极效果是：
48、1、针对飞行器制导控制系统中存在的外部干扰和建模不确定性，实现扰动时间导数有界情况下的稳定控制。
49、2、控制律不直接引入切换项，控制量连续，避免抖振现象带来的控制性能下降。
50、3、采用制导控制一体化技术，避免因制导、控制分环设计带来的制导精度问题，有效提高制导品质和打击任务完成能力。
51、下面通过附图和实施例，对本专利技术的技术方案做进一步的详细描述。
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1.一种飞行器反步超螺旋滑模制导控制一体化方法，其特征在于，包括以下步骤：
2.根据权利要求1所述的一种飞行器反步超螺旋滑模制导控制一体化方法，其特征在于，所述S1中，末制导三维弹目相对运动模型为：
3.根据权利要求2所述的一种飞行器反步超螺旋滑模制导控制一体化方法，其特征在于，所述S1中，飞行器运动学和动力学模型为：
4.根据权利要求3所述的一种飞行器反步超螺旋滑模制导控制一体化方法，其特征在于，所述S1中，制导控制一体化模型为：
5.根据权利要求4所述的一种飞行器反步超螺旋滑模制导控制一体化方法，其特征在于，所述S2中，针对制导环子系统设计反步超螺旋滑模控制器的过程为：
6.根据权利要求5所述的一种飞行器反步超螺旋滑模制导控制一体化方法，其特征在于，所述S2中，针对姿态环子系统设计反步超螺旋滑模控制器的过程为：
7.根据权利要求6所述的一种飞行器反步超螺旋滑模制导控制一体化方法，其特征在于，所述S2中，针对控制环子系统设计反步超螺旋滑模控制器的过程为：
【技术特征摘要】
1.一种飞行器反步超螺旋滑模制导控制一体化方法，其特征在于，包括以下步骤：
2.根据权利要求1所述的一种飞行器反步超螺旋滑模制导控制一体化方法，其特征在于，所述s1中，末制导三维弹目相对运动模型为：
3.根据权利要求2所述的一种飞行器反步超螺旋滑模制导控制一体化方法，其特征在于，所述s1中，飞行器运动学和动力学模型为：
4.根据权利要求3所述的一种飞行器反步超螺旋滑模制导控制一体化方法，其特征在于，所述s1中，制导控制一体化模型为...
【专利技术属性】
技术研发人员：李雪，冉茂鹏，李泓宇，张锐，
申请(专利权)人：北京航空航天大学，
类型：发明
国别省市：
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