導(dǎo)彈管理論文(2)
導(dǎo)彈管理論文篇二
導(dǎo)彈控制系統(tǒng)優(yōu)化研究
摘 要
導(dǎo)彈控制系統(tǒng)作為導(dǎo)彈系統(tǒng)的重要組成部分，對(duì)于導(dǎo)彈的正常工作有重要的意義，目前經(jīng)典控制方法和現(xiàn)代控制方法在導(dǎo)彈控制系統(tǒng)中的應(yīng)用都存在一定的局限性，因此，本文通過(guò)對(duì)經(jīng)典和現(xiàn)代控制方法在導(dǎo)彈控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)中的應(yīng)用進(jìn)行全面比較分析，進(jìn)一步提出對(duì)導(dǎo)彈控制系統(tǒng)的優(yōu)化方法，為導(dǎo)彈控制系統(tǒng)的性能穩(wěn)定、準(zhǔn)確定位等都提供了更有效保證。
【關(guān)鍵詞】導(dǎo)彈控制系統(tǒng) 優(yōu)化技術(shù)
1 引言
通常導(dǎo)彈控制系統(tǒng)的控制性不是很穩(wěn)定，往往將這樣的特性稱為動(dòng)態(tài)性，基于這樣的現(xiàn)狀下，導(dǎo)彈控制系統(tǒng)需要進(jìn)一步進(jìn)行優(yōu)化研究，以提升其穩(wěn)定性。然而，傳統(tǒng)的導(dǎo)彈系統(tǒng)的優(yōu)化控制方法，并不適用于所有的導(dǎo)彈，而只是適用于中小規(guī)模、函數(shù)性態(tài)相對(duì)簡(jiǎn)單的導(dǎo)彈控制系統(tǒng)的優(yōu)化。目前導(dǎo)彈系統(tǒng)是一個(gè)包含多個(gè)領(lǐng)域的大型綜合系統(tǒng)，包括幾何外形分析、氣動(dòng)分析、隱身分析和結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)等，目前所使用的經(jīng)典優(yōu)化設(shè)計(jì)方法并不能對(duì)其起到作用。綜合優(yōu)化設(shè)計(jì)方法是集合了多個(gè)學(xué)科的知識(shí)，對(duì)大規(guī)模的導(dǎo)彈系統(tǒng)的優(yōu)化設(shè)計(jì)進(jìn)行有效解決的方法，它在控制系統(tǒng)的優(yōu)化設(shè)計(jì)的實(shí)施過(guò)程中，主要通過(guò)對(duì)分布式計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)的有效利用，將多個(gè)領(lǐng)域的知識(shí)進(jìn)行綜合處理，最終得到控制系統(tǒng)的優(yōu)化設(shè)計(jì)方法，綜合應(yīng)用到優(yōu)化設(shè)計(jì)的全部過(guò)程中，實(shí)現(xiàn)對(duì)多個(gè)領(lǐng)域的知識(shí)的充分利用的同時(shí)，也進(jìn)一步促使了系統(tǒng)之間的相互作用所產(chǎn)生的協(xié)同效應(yīng)，實(shí)現(xiàn)導(dǎo)彈控制系統(tǒng)的優(yōu)化設(shè)計(jì)。
2 導(dǎo)彈控制系統(tǒng)的組成
導(dǎo)彈控制系統(tǒng)主要由綜合控制電路、舵系統(tǒng)和慣性組件組成?？刂葡到y(tǒng)主要通過(guò)對(duì)導(dǎo)彈舵面的有效操縱來(lái)實(shí)現(xiàn)對(duì)導(dǎo)彈的整個(gè)飛行軌跡的控制。其中：慣性組件包括三只框架式自由角陀螺儀、兩只線加速度計(jì)和三只液環(huán)式角加速度計(jì)，分別用于測(cè)量導(dǎo)彈彈體的姿態(tài)角信號(hào)、線加速度信號(hào)和角加速度信號(hào)。
綜合控制電路由數(shù)字電路和各種特定功能的模擬電路組成，包括固態(tài)繼電器、運(yùn)算放大電路、跟蹤記憶電路、歸零裝置、功率驅(qū)動(dòng)模塊、變結(jié)構(gòu)控制電路等，用于實(shí)現(xiàn)傳感器信號(hào)的傳遞、變換、運(yùn)算、放大、阻尼矯正、PID控制和導(dǎo)彈控制系統(tǒng)工作狀態(tài)、工作階段的切換等功能。舵系統(tǒng)由功率驅(qū)動(dòng)模塊、舵機(jī)、傳動(dòng)機(jī)構(gòu)、舵面和舵反饋信號(hào)電路組成。某些導(dǎo)彈使用不具有反饋回路的開環(huán)舵系統(tǒng)，其功能是根據(jù)舵控信號(hào)開環(huán)控制舵面偏轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)。
3 經(jīng)典控制方法在導(dǎo)彈控制系統(tǒng)中應(yīng)用及其局限性
(1)導(dǎo)彈在飛行過(guò)程中存在各種不確定性。為提升導(dǎo)彈飛行過(guò)程中的穩(wěn)定性，可以通過(guò)添加測(cè)量組件，并進(jìn)一步用其對(duì)下一步的飛行路徑進(jìn)行有效預(yù)測(cè)。然而經(jīng)典方法對(duì)確定的線性化模型進(jìn)行設(shè)計(jì)時(shí)，優(yōu)化的設(shè)計(jì)方法主要是通過(guò)利用穩(wěn)定裕度法對(duì)不確定性問(wèn)題進(jìn)行預(yù)測(cè)。按照這種方法進(jìn)行優(yōu)化設(shè)計(jì)的控制系統(tǒng)，不但要具有動(dòng)態(tài)性，同時(shí)還需要具備抗干擾性，然而這種方法設(shè)計(jì)的控制系統(tǒng)最終對(duì)于動(dòng)態(tài)的品質(zhì)有一定的影響。因此，為確保系統(tǒng)具有一定的穩(wěn)定裕度，往往采取折中的設(shè)計(jì)手法。
(2)利用穩(wěn)定裕度進(jìn)行設(shè)計(jì)的基本目標(biāo)是提升系統(tǒng)的穩(wěn)定性和降低其干擾性，采用經(jīng)典控制方法設(shè)計(jì)的控制系統(tǒng)往往會(huì)因?yàn)橄到y(tǒng)的魯棒性較差而難以滿足基本需求。
(3)在于對(duì)象本質(zhì)的非線性。針對(duì)比較繁瑣的非線性控制系統(tǒng)，往往不只是單純地對(duì)泰勒級(jí)數(shù)的應(yīng)用來(lái)對(duì)系統(tǒng)進(jìn)行優(yōu)化設(shè)計(jì)，往往也得有針對(duì)性地采取非線性控制方法。因此，面對(duì)越來(lái)越復(fù)雜的環(huán)境的變化，對(duì)導(dǎo)彈控制系統(tǒng)優(yōu)化設(shè)計(jì)方法研究變得越來(lái)越有必要。
4 現(xiàn)代控制方法在導(dǎo)彈控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)中的應(yīng)用
不同于經(jīng)典控制方法，現(xiàn)代控制方法主要通過(guò)對(duì)抑制參數(shù)的把控及對(duì)各種動(dòng)態(tài)信息的及時(shí)追蹤，使得對(duì)導(dǎo)彈的動(dòng)態(tài)性、干擾性能夠進(jìn)行有效控制。這也是現(xiàn)代控制法所優(yōu)于傳統(tǒng)控制法的方面，基于這樣的性能優(yōu)勢(shì)，現(xiàn)代控制方法得到了大范圍地推廣與應(yīng)用，不僅優(yōu)化了傳統(tǒng)的導(dǎo)彈控制系統(tǒng)，同時(shí)還進(jìn)一步促進(jìn)了導(dǎo)彈控制系統(tǒng)優(yōu)化設(shè)計(jì)技術(shù)的快速發(fā)展。比較有代表性的現(xiàn)代控制方法主要有以下幾個(gè)方面：
4.1 滑模變結(jié)構(gòu)控制
滑模變結(jié)構(gòu)控制是一種用于非線性路徑的系統(tǒng)控制方法，該系統(tǒng)反應(yīng)快、超調(diào)量小、系統(tǒng)結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，且具有穩(wěn)定性和抗干擾性等優(yōu)勢(shì)，因此該系統(tǒng)逐步在目前的飛行控制系統(tǒng)優(yōu)化設(shè)計(jì)領(lǐng)域中開始被逐步采用。將主要針對(duì)經(jīng)典控制法下導(dǎo)彈飛行過(guò)程中所存在的不確定性進(jìn)行有效控制，一方面在結(jié)果方面，對(duì)導(dǎo)彈進(jìn)行滑模變結(jié)構(gòu)的優(yōu)化設(shè)計(jì)，使得結(jié)構(gòu)變得更加簡(jiǎn)單，便于控制，另一方面，在性能方面，該結(jié)構(gòu)在一定程度上也提升其對(duì)外界干擾的魯棒性。這是一種針對(duì)導(dǎo)彈控制系統(tǒng)所存在的不確定性進(jìn)行有效地規(guī)避，同時(shí)排除外界干擾的一種有效結(jié)構(gòu)，因此，在一定程度上將會(huì)增強(qiáng)導(dǎo)彈的定位準(zhǔn)確性以及提升其排除干擾的能力，為導(dǎo)彈的高效服務(wù)提供了更好的結(jié)構(gòu)。
4.2 魯棒控制
魯棒控制是提高控制系統(tǒng)精確性的重要控制方法。其主要的原理是針對(duì)動(dòng)態(tài)路徑的變化，進(jìn)一步確定系統(tǒng)在下一個(gè)階段的設(shè)置參數(shù)，因此其參數(shù)的動(dòng)態(tài)設(shè)置，可以提高控制系統(tǒng)的動(dòng)態(tài)穩(wěn)定性。由于控制系統(tǒng)的魯棒性和動(dòng)態(tài)性能很難同時(shí)實(shí)現(xiàn)，魯棒控制以降低系統(tǒng)動(dòng)態(tài)性能來(lái)提升系統(tǒng)的強(qiáng)魯棒性，總體而言設(shè)計(jì)方面還是存在一定的缺陷。隨著科技不斷進(jìn)步，魯棒控制的方法也開始逐步進(jìn)行優(yōu)化設(shè)計(jì)，其動(dòng)態(tài)性能也得到了有效提升，其系統(tǒng)的控制也變得更加。
4.3 反饋線性化控制
反饋線性化的基本思想是利用全狀態(tài)反饋抵消原系統(tǒng)中的非線性特性，得到偽線性系統(tǒng)，然后應(yīng)用線性理論對(duì)系統(tǒng)進(jìn)行綜合。反饋線性化方法可分為微分幾何方法和非線性動(dòng)態(tài)逆方法。采用反饋線性化方法要求已知被控對(duì)象精確的數(shù)學(xué)模型，而實(shí)際系統(tǒng)的精確數(shù)學(xué)模型通常是難以得到的，因此，采用該方法設(shè)計(jì)的導(dǎo)彈控制系統(tǒng)的魯棒性能較差。
4.4 反演控制
反演控制是將復(fù)雜的非線性系統(tǒng)分解為不超過(guò)系統(tǒng)階數(shù)的若干個(gè)子系統(tǒng)，然后根據(jù)李亞普諾夫穩(wěn)定性定理設(shè)計(jì)每個(gè)子系統(tǒng)的李亞普諾夫函數(shù)和中間虛擬控制量，一直“后退”到整個(gè)系統(tǒng)，最后將它們集成起來(lái)實(shí)現(xiàn)控制律的設(shè)計(jì)。其關(guān)鍵是令某些狀態(tài)為另一些狀態(tài)的虛擬控制輸入，最終找到一個(gè)李亞普諾夫函數(shù)，從而推出一個(gè)使整個(gè)系統(tǒng)閉環(huán)穩(wěn)定的控制律。
5 結(jié)論
隨著飛行要求地不斷提升，導(dǎo)彈控制系統(tǒng)的性能優(yōu)化的技術(shù)要求也隨之越來(lái)越高。目前，經(jīng)典控制方法已經(jīng)不能滿足導(dǎo)彈飛行的要求，然而現(xiàn)代的控制方法雖然相對(duì)于經(jīng)典控制方法在技術(shù)上面有所提升，但還是有其缺陷的地方，而復(fù)合控制方法能夠滿足現(xiàn)代飛行的要求，為導(dǎo)彈控制系統(tǒng)的優(yōu)化提供了新的路徑。
參考文獻(xiàn)
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作者單位
92337部隊(duì) 遼寧省大連市 116023
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