[发明专利]考虑全捷联导引头视场约束的弹群协同制导控制一体化设计方法

权利要求书

1.一种考虑全捷联导引头视场约束的弹群协同制导控制一体化设计方法，其特征在于步骤如下：

步骤1：建立弹群全捷联导引头视线解耦模型、二维空间内导弹-目标的相对运动模型以及弹体姿态控制系统模型

(a)建立弹群全捷联导引头视线解耦模型

其中，下标i表示弹群第i枚导弹，N表示弹群总数量；q_BLi表示体视线角，表示体视线角速率，q_Li表示惯性系下飞行平面内弹-目相对视线角，表示惯性系下的弹-目相对视线角速率，d_1i表示导弹不确定性，ω_zi表示俯仰角速率；

(b)建立弹群-目标的相对运动模型

其中，分别是相对于惯性系的弹目视线角和视线角速率；分别是导弹-目标相对距离和相对速度；A_T是目标受到的侧向加速度；θ_Mi，θ_T分别是导弹与目标的飞行航迹角；和为导弹气动参数；m_i，S_i，q_i分别表示弹群第i枚导弹的质量、参考面积以及飞行动压；α_i，δ_i分别表示导弹攻角和舵偏角；和分别表示第i枚导弹侧向力系数对α_i和δ_i的偏导数；d_2i表示由目标不确定机动、未建模动态和气动不确定性等引起的干扰项；

(c)建立弹群姿态控制系统模型

其中，M_zi，J_zi分别是俯仰力矩和俯仰转动惯量；d_αi，d_ωi是空气动力系数引起的不确定；表示导弹气动力及气动力矩系数；L_i为参考长度；分别是俯仰力矩系数对攻角α_i、舵偏角δ_i以及无量纲化的俯仰角速度的偏导数；V_Mi为导弹飞行速度；ω_zi为俯仰角速度；d_qMi、d_3i、d_4i表示未知的干扰项；

步骤2：选择状态变量和系统输入变量，建立考虑视场角约束的弹群制导控制一体化状态空间数学模型

选择状态变量分别为x_1i＝q_BLi，x_3i＝α_i，x_4i＝ω_zi，系统的输入u_i＝δ_i，得到弹群系统的状态空间模型如下：

为了便于区分领弹和从弹，后续推导中给领弹的状态变量加后缀L，从弹的状态变量加后缀C，如x_{1i_L}代表第i枚领弹的第1个状态，如x_{3i_C}代表第i枚从弹的第3个状态；

步骤3：选定弹群中的领弹与从弹，给定弹间的通讯拓扑架构

在由N枚同构或异构导弹组成的弹群中，选定其中领弹m枚，从弹n枚；定义第1枚到第m枚导弹为领弹，第m+1枚到第N枚导弹为从弹；记为弹群通讯拓扑图的邻接矩阵，记L表示弹群通讯拓扑图的Laplace矩阵；

步骤4：在给定视场角约束边界下，计算领弹与从弹的虚拟控制量x_{2i_L}与x_{2i_C}

(1)计算弹群中领弹x_{2i_L}的虚拟控制律

计算第i枚领弹的状态跟踪误差变量s_{1i_L}为：

s_{1i_L}＝x_{1i_L}-x_{1ci_L}，i＝1，2，...，m

其中，x_{1ci_L}表示状态x_{1i_L}的虚拟控制量，在本文设计的方法中是一个常值；Q_c为全捷联导引头视场范围；计算x_{2ci_L}为：

其中，为第i枚导弹不确定项d_{1i_L}的估计值，k_1l，k_11l为设计参数；

计算第i枚领弹向相邻从弹发送的协同指令信息为：

(2)计算弹群中第i枚从弹x_{2i_C}的虚拟控制律

计算第i枚从弹的误差变量s_{1i_C}为：

其中，l_ij为Laplace矩阵第i行第j列的元素；计算虚拟控制指令x_{2ci_C}为：

其中，R_{i_C}是第i枚从弹与目标的相对距离；o_{i_C}为中间变量；c_{i_C}为从弹协同指令信息；表示第i枚导弹与其相邻从弹对其自身干扰项d_{1i_C}估计值的上界；k_1f，k_11f为设计参数；e为自然常数；根据下式对模型不确定性进行估计：

其中，与为干扰观测器引入的中间变量，κ_1f，κ_1l为设计参数；

计算一阶滤波器的输出x_{2di_L}及其微分

其中，τ_2f，τ_2l为设计参数；

步骤5：计算状态x_3i的虚拟控制量x_{3ci_L}与x_{3ci_C}

计算弹群中领弹与从弹的误差变量s_{2i_L}与s_{2i_C}如下：

分别计算状态x_{3i_L}与x_{3i_C}的虚拟控制量x_{3ci_L}与x_{3ci_C}如下：

其中，为领弹观测器对干扰d_{2i_L}的观测值；为从弹观测器对干扰d_{2i_C}的观测值，k_2f，k_21f，k_2l，k_21l为设计参数；根据下式估计模型不确定性：

其中，与为干扰观测器引入的中间变量，κ_2l，κ_2f为设计参数；

计算一阶滤波器的输出x_{3di_L}及其微分

其中，τ_3l，τ_3f为设计参数；

步骤6：计算x_{4i_L}与x_{4i_C}的虚拟控制量

计算领弹与从弹的误差变量s_{3i_L}与s_{3i_C}如下：

计算x_{4i_L}与x_{4i_C}的虚拟控制量如下：

其中，k_3f，k_31f，k_3l，k_31l为设计参数，为领弹观测器对干扰d_{3i_L}的观测值；为从弹观测器对干扰d_{3i_C}的观测值；根据下式估计模型的不确定性：

其中，与为干扰观测器引入的中间变量，κ_3l，κ_3f为设计参数；

计算一阶滤波器的输出x_{4di_L}及其微分

其中，τ_4l，τ_4f为设计参数；

步骤7：计算弹群制导控制一体化的舵偏角指令

计算领弹与从弹的状态跟踪误差变量s_{4i_L}与s_{4i_C}如下：

计算领弹与从弹控制律u_{i_L}、u_{i_C}为：

其中，为零弹干扰d_{4i_L}的观测值；为从弹干扰d_{4i_C}的观测值；k_41l，k_4l，k_41f，k_4f为设计参数；根据下式对模型的不确定性进行估计：

其中，与为干扰观测器引入的中间变量，κ_4l，κ_4f为设计参数；

步骤8：结合步骤4～步骤7综合得到最终考虑全捷联导引头视场角约束的弹群制导控制一体化设计结果；给出最终的控制器表达式如下：

(1)弹群中领弹的控制器表达式

(2)弹群中从弹的控制器表达式