带侧向推进器和气动面的空对空导弹的有限时间混合控制

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Finite-time blended control for air-to-air missile with lateral thrustersand aerodynamic surfaces

本文针对配备侧向推力器和气动舵面的空空导弹跟踪控制问题，提出了一种有限时间混合控制方案。研究背景源于现代战机高机动性、隐身技术等特性对传统导弹拦截能力的挑战，通过集成侧向推力与气动控制系统的混合控制架构提升导弹机动性能。核心创新点包括：1）基于齐次理论和饱和函数设计积分滑模流形，解决输入饱和约束下的有限时间控制问题；2）构建鲁棒控制器使系统状态在有限时间内收敛至平衡点，同时处理外部扰动；3）采用动态控制分配方法将控制指令映射至气动舵面和推力器阵列。理论分析基于Lyapunov稳定性理论和LaSalle不变性原理，证明控制器的有限时间收敛性和控制输入的有界性。数值仿真验证了所提方案在过载跟踪精度、响应速度及抗饱和能力方面的优势，计算效率满足实时控制需求。研究为高机动导弹的精确制导提供了新的理论框架和工程实现路径。

术语解释

1. 有限时间控制：指系统状态在有限时间内收敛至平衡点的控制方法，相比渐近稳定控制器具有更快的响应速度和更强的扰动抑制能力。本文通过设计积分滑模流形和饱和控制器实现输入受限条件下的有限时间收敛。
2. 积分滑模流形：基于齐次理论和饱和函数构造的新型滑模面，通过引入积分项消除输入饱和对系统动态的影响。该流形设计保证了控制器的非奇异性和有限时间稳定性。
3. 动态控制分配：将总控制需求分配至多个执行机构的优化方法，本文采用约束二次规划实现气动舵面与侧向推力器的协同控制，解决多执行器系统的效率优化问题。

论文速读

论文方法

方法描述

该论文研究了一种空气对空导弹的控制策略，通过在终端制导阶段引入横向推力来提高导弹的机动性能。具体地，采用了短周期近似法来建立导弹的纵向动力学模型，并将横向推力与气动舵面作为控制手段。此外，该文还考虑了导弹质量不变、主发动机已关闭等假设条件。

方法改进

该文提出的控制策略主要是在终端制导阶段引入横向推力，以提高导弹的机动性能。在建模过程中，采用了短周期近似法简化模型，同时考虑了横向推力和气动舵面两种控制手段的作用。另外，文中还给出了控制器的设计方法以及对导弹限制的讨论。

解决的问题

该文的主要目的是设计一种能够提高空气对空导弹机动性能的控制策略。通过对终端制导阶段引入横向推力的研究，可以有效改善导弹的机动性能，从而更好地完成目标拦截任务。此外，文中还考虑了一些实际问题，如导弹质量不变、主发动机已关闭等，为实际应用提供了参考。

论文实验

本文主要介绍了基于饱和控制的导弹制导控制系统的设计和仿真分析。在设计中，作者引入了积分滑模面来实现对系统状态的精确控制，并使用了饱和函数来限制控制器输出，以避免出现不稳定的饱和现象。同时，为了提高系统的鲁棒性和精度，作者还采用了带有二次规划方法的控制分配策略来优化控制器的性能。

接下来，作者进行了三种不同控制策略的仿真比较，包括PID控制器、滑模控制器和基于饱和控制的积分滑模控制器。通过比较不同控制策略下的控制精度、响应速度以及是否会出现饱和等指标，作者得出了以下结论：

1. 基于饱和控制的积分滑模控制器具有最高的控制精度和最快的响应速度；
2. 滑模控制器相对于PID控制器具有更快的响应速度；
3. 无论采用哪种控制策略，都不会出现饱和现象；
4. 基于二次规划方法的控制分配策略可以进一步优化控制器的性能，使得控制效率更高。

最后，作者还给出了每种控制策略的计算时间，并证明了该方案可以在实时控制中应用。