兵工学报 ›› 2024, Vol. 45 ›› Issue (11): 4155-4174.doi: 10.12382/bgxb.2024.0773
收稿日期:
2024-09-02
上线日期:
2024-11-26
通讯作者:
基金资助:
YU Xiaochuan, YANG Xiaowei, LIANG Xianglong, ZHU Weilin, YAO Jianyong*()
Received:
2024-09-02
Online:
2024-11-26
摘要:
围绕车载导弹发射平台无依托垂直发射过程,提出一种通过液压执行器主动调节发射筒摆振进而控制弹体出筒姿态的思路,以保证发射安全性和车载导弹发射平台对发射场坪的适应性。考虑发射筒-适配器-弹筒之间的相互作用关系,建立6自由度发射系统动力学模型,并结合液压压力动态方程推导出7阶状态空间方程。为避免高阶非线性系统控制器反步设计存在的“微分爆炸”问题,引入一种基于光滑的非线性滤波器的动态面技术以简化控制器设计。为抑制难以建模因素对发射响应控制的影响,引入时延估计控制方法进行未建模误差和外部扰动的估计和衰减。结合指定时间预设性能控制方法,实现弹体跟踪快速收敛,并满足摆振幅度和角速度的预设指标。通过数学模型和有限元模型的仿真结果比较,验证了新提出的发射动力学模型的正确性。同时,对PID控制器、动态面控制器、动态面和时延估计结合的控制器以及在此基础上加入指定时间预设性能的控制器影响下的发射动态响应结果进行比较。新提出的控制器能够保证弹体出筒时刻弹体角度被约束在0.5 °之内,角速度被约束在1.5°/s之内,其控制性能更优越。
中图分类号:
于小川, 杨晓伟, 梁相龙, 朱威霖, 姚建勇. 基于非线性滤波器和动态面的指定时间预设性能导弹冷发射响应控制[J]. 兵工学报, 2024, 45(11): 4155-4174.
YU Xiaochuan, YANG Xiaowei, LIANG Xianglong, ZHU Weilin, YAO Jianyong. Appointed-time Prescribed Performance Control for Missile Cold Launch Response Based on Nonlinear Filters and Dynamic Surface[J]. Acta Armamentarii, 2024, 45(11): 4155-4174.
参数 | 数值 | 参数 | 数值 |
---|---|---|---|
m1/kg | 38000 | /m | 0.591 |
m2/kg | 14950 | /m | 1.198 |
m3/kg | 42470 | /m | -6.065 |
J1/(kg·m2) | 1.42×106 | D/m | 2 |
J2/(kg·m2) | 2.98×105 | z1/m | 5.324 |
J3/(kg·m2) | 1.11×106 | z2/m | 1.634 |
kl/(N·m-3) | 1.6×107 | z3/m | -2.826 |
ca/(N·m-1·s-1) | 10 | z4/m | -7.226 |
ks1/(N·m-1) | 6×107 | μ | 0.16 |
cs1/(N·m-1·s-1) | 6×105 | βe/Pa | 7×108 |
ks1/(N·m-1) | 6×107 | ps/Pa | 2.8×107 |
cs2/(N·m-1·s-1) | 6×105 | pr/Pa | 0 |
xA0/m | 2.504 | A1/m2 | 0.0283 |
yA0/m | -0.845 | A2/m2 | 0.017 |
xB0/m | -0.009 | Vc1/m3 | 0.051 |
yB0/m | 7.02 | Vc2/m3 | 0.0119 |
/m | -10.580 | kq | 0.7 |
表1 发射动力学模型参数
Table 1 Parameters of launch dynamics model
参数 | 数值 | 参数 | 数值 |
---|---|---|---|
m1/kg | 38000 | /m | 0.591 |
m2/kg | 14950 | /m | 1.198 |
m3/kg | 42470 | /m | -6.065 |
J1/(kg·m2) | 1.42×106 | D/m | 2 |
J2/(kg·m2) | 2.98×105 | z1/m | 5.324 |
J3/(kg·m2) | 1.11×106 | z2/m | 1.634 |
kl/(N·m-3) | 1.6×107 | z3/m | -2.826 |
ca/(N·m-1·s-1) | 10 | z4/m | -7.226 |
ks1/(N·m-1) | 6×107 | μ | 0.16 |
cs1/(N·m-1·s-1) | 6×105 | βe/Pa | 7×108 |
ks1/(N·m-1) | 6×107 | ps/Pa | 2.8×107 |
cs2/(N·m-1·s-1) | 6×105 | pr/Pa | 0 |
xA0/m | 2.504 | A1/m2 | 0.0283 |
yA0/m | -0.845 | A2/m2 | 0.017 |
xB0/m | -0.009 | Vc1/m3 | 0.051 |
yB0/m | 7.02 | Vc2/m3 | 0.0119 |
/m | -10.580 | kq | 0.7 |
控制算法 | 指标(≥0.6s) | |||
---|---|---|---|---|
e1sm/(°) | e1max/(°) | / (°·s-1) | / (°·s-1) | |
NC | 3.1175 | 3.5019 | 3.3015 | 6.2344 |
PID | 0.2246 | 0.4376 | 1.6847 | 4.3430 |
DSC | 0.3047 | 0.3301 | 0.7324 | 1.2855 |
DSC+TD | 0.2145 | 0.2478 | 0.7440 | 1.4857 |
DSC+TD+PPC | 0.0844 | 0.1001 | 0.3927 | 1.1833 |
表2 4种控制算法的控制效果比较
Table 2 Comparison of control effects of four kinds of controllers
控制算法 | 指标(≥0.6s) | |||
---|---|---|---|---|
e1sm/(°) | e1max/(°) | / (°·s-1) | / (°·s-1) | |
NC | 3.1175 | 3.5019 | 3.3015 | 6.2344 |
PID | 0.2246 | 0.4376 | 1.6847 | 4.3430 |
DSC | 0.3047 | 0.3301 | 0.7324 | 1.2855 |
DSC+TD | 0.2145 | 0.2478 | 0.7440 | 1.4857 |
DSC+TD+PPC | 0.0844 | 0.1001 | 0.3927 | 1.1833 |
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