申请/专利权人：北京航空航天大学

申请日：2021-08-27

公开（公告）日：2024-03-15

公开（公告）号：CN113721656B

主分类号：G05D1/495

分类号：G05D1/495;G05D1/46;G05D101/10;G05D109/20

优先权：["20201208 CN 202011441950X"]

专利状态码：有效-授权

法律状态：2024.03.15#授权;2021.12.17#实质审查的生效;2021.11.30#公开

摘要：本发明公开了一种导弹时变编队三维协同控制方法，该方法通过考虑导弹编队在外界气流扰动和参数摄动情况下，建立了时变导弹编队动态模型；并依据所述的时变导弹编队动态模型构造出导弹三维时变编队协同控制器。本发明方法存储于传统队形保持控制器中，在不改变传统导弹编队队形控制系统的结构框架下，可以有效地解决时变编队控制问题，同时解决导弹编队队形控制系统在受到多个不确定性以及外界环境因素的影响。

主权项：1.一种导弹时变编队三维协同飞行控制方法，其特征在于包括有下列步骤：步骤一，建立时变的单枚导弹三维空间运动学模型；任意一枚导弹的标识号，记为i；所述导弹i的三维空间运动学模型描述为： XVi表示导弹i的纵向飞行速度；YVi表示导弹i的侧向飞行速度；ZVi表示导弹i在垂直高度方向上的飞行速度；Vi表示导弹i的飞行速度，所述γi表示导弹i的飞行航迹角；ψi表示导弹i的飞行航向角；步骤二，设置导弹在干扰因素影响下的时变的导弹编队运动模型；为了建立单枚导弹在多种不确定干扰因素影响下的运动模型，首先构建导弹i的三维空间模型的6个状态量，分别是：第一个状态量用于记录导弹i的纵向位置xi，记为第二个状态量用于记录导弹i的纵向飞行速度XVi，记为第三个状态量用于记录导弹i的侧向位置yi，记为第四个状态量用于记录导弹i的侧向飞行速度YVi，记为第五个状态量用于记录导弹i的垂直高度zi，记为第六个状态量用于记录导弹i的垂直高度方向上的飞行速度ZVi，记为对步骤一中的公式1表征的导弹运动学模型两边进行微分，可以得到导弹三维空间模型为： BXVi为对XVi微分处理后的纵向飞行速度；AXVi为导弹i在三维空间中纵向上的飞行加速度；BYVi为对YVi微分处理后的侧向飞行速度；AYVi为导弹i在三维空间中侧向上的飞行加速度；BZVi为对ZVi微分处理后的垂直高度方向上的飞行速度；AZVi为导弹i在三维空间中垂直高度方向上的飞行加速度；bi为导弹i的质量特性参数，所述mi为导弹i的质量；Fi,x为导弹i纵向上的控制力，简称为纵向控制输入；Fi,y为导弹i侧向上的控制力，简称为侧向控制输入；Fi,z为导弹i垂直高度上的控制力，简称为垂直高度控制输入；Di为导弹i受到的阻力；g为引力常量；di,X为导弹i在纵向上受到的外界干扰；di,Y为导弹i在侧向上受到的外界干扰；di,Z为导弹i在高度方向上受到的外界干扰；由于在时变编队飞行过程中，导弹参数会由于受到外界大气风场干扰而具有不确定性，于是导弹i的质量特性参数表征为： 其中，表示导弹i的质量特性参数的已知部分，表示导弹i的质量特性参数受到外界大气风场干扰的未知部分；将公式2变换为公式4，即导弹的三维空间运动模型改写为： li,1＝cosγicosψi的旋转矩阵分量；li,2＝cosγicosψi的旋转矩阵分量；li,3＝-cosγi的旋转矩阵分量；li,4＝sinγi的旋转矩阵分量；li,5＝-cosψi的旋转矩阵分量；li,6＝cosγisinψi的旋转矩阵分量；DSi,X表示导弹i在纵向上的等价干扰，且 所述DSi,X包括了导弹i在纵向上的参数不确定性和外界大气风场干扰；DSi,Y表示导弹i在侧向上的等价干扰，且所述DSi,Y包括了导弹i在侧向上的参数不确定性和外界大气风场干扰；DSi,Z表示导弹i在垂直高度上的等价干扰，且 所述DSi,Z包括了导弹i在垂直高度上的参数不确定性和外界大气风场干扰；导弹编队的领导者为一个虚拟领导者，用MD0表示，其在坐标系中的位置为x0y0z0，定义δi表示虚拟领导者MD0和导弹i之间的位置偏差；所述δi＝[δi,xδi,yδi,z]＝[xi-x0yi-y0zi-z0]T，在实际导弹编队飞行时，位置偏差δi会根据具体的实际飞行环境选取为连续光滑的时变函数，因此决定了属于同一编队中的所有导弹的队形是变化的；δi,x表示虚拟领导者和导弹i纵向上的位置偏差；δi,y表示虚拟领导者和导弹i侧向上的位置偏差；δi,z表示虚拟领导者和导弹i垂直高度上的位置偏差；上角标T表示坐标转置；步骤三，建立导弹三维时变编队下的三维协同时变编队控制器；对于单枚导弹i的三维协同时变编队控制器包括三个部分：纵向控制输入Fi,x，侧向控制输入Fi,y和垂直高度控制输入Fi,z；纵向控制输入Fi,x满足公式5的设计： t表示队形保持的当前时间；ci,x表示导弹i在纵向通道上的时变耦合因子； 表示时变耦合因子ci,x的变化率；cx表示导弹i在纵向通道上的一个常量；Ki,x表示导弹i在纵向通道上的反馈增益矩阵；ξi,x表示导弹编队在纵向通道上的联合状态信息； 表示导弹i的纵向通道速度偏差的变化率； 表示导弹i在纵向通道上的自适应补偿控制输入；PTi,x表示导弹i纵向通道上的一个增益矩阵；σi,x表示导弹i纵向通道上的一个正的常数；s表示拉普拉斯算子；fi,x表示导弹i在纵向上的自适应补偿控制器参数；侧向控制输入Fi,y满足公式6的设计： ci,y表示导弹i在侧向通道上的时变耦合因子； 表示时变耦合因子ci,y的变化率；cy表示导弹i侧向通道上的一个常量；Ki,y表示导弹i在侧向通道上的反馈增益矩阵；ξi,y表示导弹编队在侧向通道上的联合状态信息； 表示导弹i的侧向通道速度偏差的变化率； 表示导弹i在侧向通道上的自适应补偿控制输入；PTi,y表示导弹i侧向通道上的一个增益矩阵；σi,y表示导弹i侧向通道上的一个正的常数；fi,y表示导弹i在侧向通道上的自适应补偿控制器参数；垂直高度控制输入Fi,z满足公式7的设计： ci,z表示导弹i在高度通道上的时变耦合因子； 表示时变耦合因子ci,z的变化率；cz表示导弹i高度通道上的一个常量；Ki,z表示导弹i在高度通道上的反馈增益矩阵；ξi,z表示导弹编队在高度通道上的联合状态信息； 表示导弹i的垂直高度上的速度偏差的变化率； 表示导弹i在垂直高度上的自适应补偿控制输入；PTi,z表示导弹i高度通道上的一个增益矩阵；σi,z表示导弹i高度通道上的一个正的常数；fi,z表示导弹i高度通道上的自适应补偿控制器参数。

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权利要求：

百度查询： 北京航空航天大学 一种导弹时变编队三维协同飞行控制方法

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