空空导弹定结构鲁棒控制律优化设计研究

摘要

日益复杂的现代战争任务对空空导弹控制系统的性能提出了更高的要求，为更好地适应未来战争的需求，导弹控制器需要满足更强的鲁棒性能。经典导弹控制器设计方法已经越来越不能满足这个要求，而传统的鲁棒控制方法如H∞和μ综合方法却存在控制器阶次过高难以实现的问题。本文考虑将定结构鲁棒控制器设计方法，一种可以兼顾上述两种设计方法优越性的新型控制器设计方法，应用到样例导弹控制器的设计中。
　　首先，本文建立了样例导弹非线性数学模型，在非线性模型建立的基础上，建立线性化模型，并对模型进行稳定性和操纵性分析，为样例空空导弹定结构鲁棒控制器的设计奠定基础。
　　其次，针对定结构鲁棒控制器设计中参数整定困难的问题，提出采用约束粒子群优化算法对控制器参数进行自动寻优。针对现有常用的约束粒子群优化算法在解决某些约束优化问题时性能欠佳的问题，提出了一种改进的、简便易用的新型粒子群算法，通过测试函数测试表明，改进后的算法对约束优化问题具有更好的寻优能力。
　　再次，应用本文提出的新型简便约束粒子群优化算法，对样例空空导弹的线性化模型纵向和横侧向通道分别进行定结构H∞和定结构μ综合控制律优化设计，并从频域和时域两个方面对控制器的性能进行分析比较，找出适合样例导弹控制律设计的方法。
　　最后，对样例空空导弹三通道线性模型和非线性模型性能分别进行仿真验证。其中通过工作点控制律参数线性插值的方式得到工作点间控制律参数，并且通过给定典型输入来验证导弹非线性系统标称性能，通过对其主控项和交叉项参数进行拉偏，验证其鲁棒性。仿真结果表明本文提出的基于新型简便约束粒子群优化算法所设计的样例导弹定结构μ综合控制器具有良好的性能。

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注释表

缩略词

第一章 绪论

1.1 空空导弹概述

1.2 导弹控制方法的发展

1.3 优化方法的发展历程及现状

1.4 粒子群优化算法

1.5 论文研究背景和意义

1.6 课题研究基础

1.7 论文研究的关键问题

1.8 论文章节安排

第二章 空空导弹数学模型

2.1 飞行力学基础

2.2 导弹数学模型

2.3 特性分析

2.4 本章小结

第三章 简便约束PSO算法

3.1 标准PSO算法概述

3.2 算法参数设定

3.3 约束粒子群优化算法

3.4 简便约束PSO算法

3.5 测试函数测试

3.6 本章小结

第四章 导弹H∞定结构控制器设计

4.1 H∞控制方法概述

4.2 样例导弹不确定性分析

4.3 控制器性能指标

4.4 H∞控制器设计

4.5 H∞定结构控制器设计

4.6 本章小结

第五章 导弹μ综合定结构控制器设计

5.1 结构奇异值理论概述

5.2 样例导弹权函数设计

5.3 μ综合控制器设计

5.4 μ综合定结构控制器设计

5.5 控制器性能分析与比较

5.6 本章小结

第六章 导弹控制系统仿真验证

6.1 三通道线性化模型仿真验证

6.2 六自由度非线性模型仿真验证

6.3 本章小结

第七章 总结与展望

7.1 本文主要工作

7.2 后续工作及展望

参考文献

致谢

在学期间的研究成果及发表的学术论文