临近空间拦截弹直接力/气动力复合控制

郭超, 梁晓庚,2, 王俊伟, 王斐

(1.西北工业大学 自动化学院, 陕西 西安 710072;2.中国空空导弹研究院 科技部, 河南 洛阳 471009;3.北京科技大学 自动化学院, 北京 100083)

0 引言

为了应对临近空间高超声速飞行器的威胁,必须发展和建立新型的武器防御系统,空基拦截是一种有效的防御方案[1]。临近空间空气稀薄,拦截弹的气动舵面不足以提供其机动过载要求,而采用直接力/气动力复合控制是目前较理想的方法。该方法使拦截弹控制系统具有更快的响应速度,有效提高了打击精度。

近年来,国内外学者提出了多种解决拦截弹复合控制系统的设计方法,主要有自适应模糊控制[2]、最优控制[3]、基于滑模的反演控制[4]以及自抗扰控制[5]等。但是,上述设计方法未考虑干扰的影响,或者以牺牲正常的控制性能为代价处理系统干扰的影响,具有一定的保守性。基于干扰观测器的控制方法是近年来备受关注的一种干扰抵消方法,并成功应用到机器人[6]和导弹[7]等控制系统中。

针对临近空间复合控制拦截弹,本文设计了基于干扰观测器的保性能跟踪控制器,并通过合理设计干扰补偿增益使干扰得到有效抵消。最后,仿真结果表明该控制器具有较好的跟踪、控制效果。

1 临近空间拦截弹模型

假设某直接力/气动力复合控制拦截弹采用正常式气动布局,直接力执行机构采用力矩式控制方案,其气动布局如图1所示。

图1 复合控制拦截弹气动布局Fig.1 Aerodynamic configuration of blended control interceptor

图中,δz为气动舵偏角;fy为俯仰方向直接侧向力;Lm为直接力喷口与导弹质心之间的距离;Vm为导弹速度。……