● 摘要
现代战争中对导弹的机动飞行能力和精确打击能力的要求越来越高，直接力/气动力复合控制技术作为增强导弹机动能力的有效途径，引起了导弹制导控制系统研究领域的重视。而导弹系统是一个强烈耦合的非线性系统，并具有时变性和参数不确定性。如何设计控制律，使得系统既能保证控制的快速反应特性和稳定性，又保证具有足够的鲁棒性，显得十分重要，退步控制就是一种新兴的非线性控制技术。在这一背景下，本文研究了退步控制技术在直接力/气动力复合控制系统设计中的应用问题。首先，介绍了李雅普诺夫稳定性理论的基本含义，以及李雅普诺夫方法和控制李雅普诺夫函数；简要描述了退步控制的基本原理以及积分退步定理，并就退步控制的过程和退步控制方法的特点加以描述。其次，建立了直接力/气动力复合控制导弹的数学模型。定义了研究直接力/气动力复合控制导弹所需要的坐标系，并且给出了相应的坐标转换关系；在此基础上给出了导弹的气动力模型、主发动机模型、直接力模型以及复合控制的基本策略，从而建立了导弹在三维空间内的六自由度非线性动力学与运动学模型，为论文中所设计的控制系统提供仿真校验基础。再次，针对气动力控制导弹和直接力/气动力复合控制导弹分别进行了退步控制系统设计。系统建模在三维空间内，俯仰通道与偏航通道存在耦合；滚转稳定通道采用PI控制器，俯仰通道与偏航通道采用退步控制方法进行设计；对复合控制导弹设计了直接力/气动力的控制策略；针对空气动力参数的不确定性进行了在线参数估计；分别对确定性系统、不确定性系统、附加参数估计的不确定性系统进行了仿真计算，结果表明所设计的退步控制律是可行的，且具有较强的鲁棒性，复合控制能够很好地提高气动力控制的反应速度以及控制精度。然后，针对直接力/气动力复合控制导弹提出了一种基于自适应滑模与模糊控制的控制系统设计方法。将整个导弹系统划分为两个控制子系统，气动力控制子系统采用自适应滑模控制理论进行设计，直接力控制子系统通过基于规则的模糊推理确定其作用力的大小；利用遗传算法对系统参数进行优化，实现了直接力与气动力的协调工作；仿真结果表明所提出的控制方案对机动指令具有较好的跟踪效果，适用于直接力/气动力复合控制导弹的控制系统设计。最后，设计了基于自适应滑模退步控制的导弹控制系统。针对直接力/气动力复合控制导弹控制系统设计问题建立了导弹的非线性不确定性数学模型，将导弹模型分解为攻角子系统和角速度子系统；对攻角子系统设计了反馈线性化自适应控制律，给出了虚拟角速度控制指令；对角速度子系统，设计了自适应滑模控制律，实现了真正的控制量；仿真结果表明，所提出的基于自适应滑模退步控制的控制系统设计对于大机动过载指令具有良好的跟踪性能，适用于直接力/气动力复合控制导弹的控制系统设计。本文的研究工作为研究直接力/气动力复合控制问题提供了方案，并且为相关问题的进一步研究奠定了理论基础。