[发明专利]一种完全分布式鲁棒导弹编队协同控制器

说明书

本发明公开了一种完全分布式鲁棒导弹编队协同控制器，其由完全分布式自适应控制器(100)、自适应补偿控制器(200)、控制指令融合模块(300)和导弹动态模型(400)组成。控制指令融合模块(300)对完全分布式控制指令和补偿控制指令求和，得到的运动控制输入指令u_i；导弹动态模型(400)针对三维空间质点设计；本发明控制器所需参数与通信拓扑的全局信息无关，不需要通讯结构图的结构信息，它只依赖于导弹自身及其邻居导弹的相对位置和速度。从而实现导弹编队在多种不确定干扰因素下，能够实现完全分布式编队稳定飞行且保持编队队形的技术效果。

技术领域

本发明涉及导弹编队控制器设计，更特别地说，是在传统导弹自主编队协同制导控制系统中，增加了本发明设计的完全分布式鲁棒导弹编队协同控制器。

背景技术

导弹(Missile)通常由战斗部(弹头)、弹体结构系统、动力装置推进系统和制导系统等四部分组成。其中，导弹制导系统是按一定导引规律将导弹导向目标，控制其质心运动和绕质心运动以及飞行时间程序、指令信号、供电、配电等各种装置的总称。其作用是适时测量导弹相对目标的位置，确定导弹的飞行轨迹，控制导弹的飞行轨迹和飞行姿态，保证弹头(战斗部)准确命中目标。

导弹编队(Missiles Formation，MF)是指由不少于两枚以上导弹根据作战任务需要，在时间段按照一定协同规则执行任务的编队简称。导弹编队的动态任务是指在导弹编队执行任务过程中，根据编队综合作战效能最大原则，基于一定的战场态势信息和导弹编队状态，为编队中每一枚导弹分配一个或一组有序任务。基本的编队队形有纵队、横队、楔形队、菱形队。

导弹编队飞行控制系统(Flight Control Systrm of MAF，FCSM)是根据编队决策与管理系统所生成的编队优化指标和编队的队形要求，实时优化并形成队形控制与保持的指令，保证实现节点的避碰机动控制和高品质的编队队形的系统。导弹能够实现安全稳定的自主编队飞行并按照要求完成作战任务，在很大程度上取决于导弹之间对导航定位系统、传感器和探测器等信息获取系统得到的信息的互连互通互操作水平。

2015年9月第1版出版的《导弹自主编队协同制导控制技术》，作者吴森堂，第50页介绍了导弹自主编队协同制导控制系统的体系结构。参见图1所示，包括有信息获取系统、编队决策与管理系统、编队飞行控制系统、成员飞行控制系统和编队支撑网络系统。第55页介绍了导弹编队的队形控制功能是指在离入队管理模块调度下，遵从航路规划/协同制导指令，在规定的飞行过程中控制和保持编队队形按照要求稳定飞行，其功能结构如图2所示。

现有技术中，根据各导弹在编队中的信息交互方式不同，将导弹编队队形的控制策略分为以下两种：集中式(centralized)策略和分布式(distributed)策略。集中式策略的求解依赖于FCSM系统。但由于信息传递能力有限，特别是导弹数量较多时，解算时间较长，对实时解算造成一定的影响。分布式控制策略作为一种新的控制策略，能够使编队中各导弹自主地生成控制指令，而不是依赖于FCSM系统。然而对于所设计的分布式FCSM系统需要编队支撑网络系统的全局信息，故无法达到真正意义下的完全分布式导弹编队，由于导弹群(Missile group)空间拓扑分布和信号传输距离有限，可能会导致导弹之间信息通讯不畅通，甚至可能使导弹坠毁，从而导致导弹编队作战任务失败。

发明内容

为了解决导弹编队在大机动飞行过程中的编队控制，以及受到不确定性因素和外界环境干扰因素导致的不能保持编队队形稳定飞行的任务，本发明设计了一种完全分布式鲁棒导弹编队协同控制器。本发明控制器一方面采用在编队队形生成算法中设置新的导弹动态模型，另一方面在编队队形导引算法中设置新的导弹运动模型。本发明通过构建导弹编队在多种不确定干扰因素影响下的动力学模型，使多枚导弹在多种不确定性以及外界扰动情况下实现期望的稳定飞行。本发明控制器的输入指令与编队通信拓扑结构的全局信息无关，只依赖于导弹自身及其邻居的相对位置和速度。从而实现导弹编队在多种不确定干扰因素影响下的完全分布式编队飞行的技术效果。