导弹控制系统优化研究范文

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1引言

通常导弹控制系统的控制性不是很稳定，往往将这样的特性称为动态性，基于这样的现状下，导弹控制系统需要进一步进行优化研究，以提升其稳定性。然而，传统的导弹系统的优化控制方法，并不适用于所有的导弹，而只是适用于中小规模、函数性态相对简单的导弹控制系统的优化。目前导弹系统是一个包含多个领域的大型综合系统，包括几何外形分析、气动分析、隐身分析和结构设计等，目前所使用的经典优化设计方法并不能对其起到作用。综合优化设计方法是集合了多个学科的知识，对大规模的导弹系统的优化设计进行有效解决的方法，它在控制系统的优化设计的实施过程中，主要通过对分布式计算机网络的有效利用，将多个领域的知识进行综合处理，最终得到控制系统的优化设计方法，综合应用到优化设计的全部过程中，实现对多个领域的知识的充分利用的同时，也进一步促使了系统之间的相互作用所产生的协同效应，实现导弹控制系统的优化设计。

2导弹控制系统的组成

导弹控制系统主要由综合控制电路、舵系统和惯性组件组成。控制系统主要通过对导弹舵面的有效操纵来实现对导弹的整个飞行轨迹的控制。其中：惯性组件包括三只框架式自由角陀螺仪、两只线加速度计和三只液环式角加速度计，分别用于测量导弹弹体的姿态角信号、线加速度信号和角加速度信号。综合控制电路由数字电路和各种特定功能的模拟电路组成，包括固态继电器、运算放大电路、跟踪记忆电路、归零装置、功率驱动模块、变结构控制电路等，用于实现传感器信号的传递、变换、运算、放大、阻尼矫正、PID控制和导弹控制系统工作状态、工作阶段的切换等功能。舵系统由功率驱动模块、舵机、传动机构、舵面和舵反馈信号电路组成。某些导弹使用不具有反馈回路的开环舵系统，其功能是根据舵控信号开环控制舵面偏转运动。

3经典控制方法在导弹控制系统中应用及其局限性

（1）导弹在飞行过程中存在各种不确定性。为提升导弹飞行过程中的稳定性，可以通过添加测量组件，并进一步用其对下一步的飞行路径进行有效预测。然而经典方法对确定的线性化模型进行设计时，优化的设计方法主要是通过利用稳定裕度法对不确定性问题进行预测。按照这种方法进行优化设计的控制系统，不但要具有动态性，同时还需要具备抗干扰性，然而这种方法设计的控制系统最终对于动态的品质有一定的影响。因此，为确保系统具有一定的稳定裕度，往往采取折中的设计手法。（2）利用稳定裕度进行设计的基本目标是提升系统的稳定性和降低其干扰性，采用经典控制方法设计的控制系统往往会因为系统的鲁棒性较差而难以满足基本需求。（3）在于对象本质的非线性。针对比较繁琐的非线性控制系统，往往不只是单纯地对泰勒级数的应用来对系统进行优化设计，往往也得有针对性地采取非线性控制方法。因此，面对越来越复杂的环境的变化，对导弹控制系统优化设计方法研究变得越来越有必要。

4现代控制方法在导弹控制系统设计中的应用

不同于经典控制方法，现代控制方法主要通过对抑制参数的把控及对各种动态信息的及时追踪，使得对导弹的动态性、干扰性能够进行有效控制。这也是现代控制法所优于传统控制法的方面，基于这样的性能优势，现代控制方法得到了大范围地推广与应用，不仅优化了传统的导弹控制系统，同时还进一步促进了导弹控制系统优化设计技术的快速发展。比较有代表性的现代控制方法主要有以下几个方面：

4.1滑模变结构控制滑模变结构控制是一种用于非线性路径的系统控制方法，该系统反应快、超调量小、系统结构简单，且具有稳定性和抗干扰性等优势，因此该系统逐步在目前的飞行控制系统优化设计领域中开始被逐步采用。将主要针对经典控制法下导弹飞行过程中所存在的不确定性进行有效控制，一方面在结果方面，对导弹进行滑模变结构的优化设计，使得结构变得更加简单，便于控制，另一方面，在性能方面，该结构在一定程度上也提升其对外界干扰的鲁棒性。这是一种针对导弹控制系统所存在的不确定性进行有效地规避，同时排除外界干扰的一种有效结构，因此，在一定程度上将会增强导弹的定位准确性以及提升其排除干扰的能力，为导弹的高效服务提供了更好的结构。

4.2鲁棒控制鲁棒控制是提高控制系统精确性的重要控制方法。其主要的原理是针对动态路径的变化，进一步确定系统在下一个阶段的设置参数，因此其参数的动态设置，可以提高控制系统的动态稳定性。由于控制系统的鲁棒性和动态性能很难同时实现，鲁棒控制以降低系统动态性能来提升系统的强鲁棒性，总体而言设计方面还是存在一定的缺陷。随着科技不断进步，鲁棒控制的方法也开始逐步进行优化设计，其动态性能也得到了有效提升，其系统的控制也变得更加。

4.3反馈线性化控制反馈线性化的基本思想是利用全状态反馈抵消原系统中的非线性特性，得到伪线性系统，然后应用线性理论对系统进行综合。反馈线性化方法可分为微分几何方法和非线性动态逆方法。采用反馈线性化方法要求已知被控对象精确的数学模型，而实际系统的精确数学模型通常是难以得到的，因此，采用该方法设计的导弹控制系统的鲁棒性能较差。

4.4反演控制反演控制是将复杂的非线性系统分解为不超过系统阶数的若干个子系统，然后根据李亚普诺夫稳定性定理设计每个子系统的李亚普诺夫函数和中间虚拟控制量，一直“后退”到整个系统，最后将它们集成起来实现控制律的设计。其关键是令某些状态为另一些状态的虚拟控制输入，最终找到一个李亚普诺夫函数，从而推出一个使整个系统闭环稳定的控制律。

5结论

随着飞行要求地不断提升，导弹控制系统的性能优化的技术要求也随之越来越高。目前，经典控制方法已经不能满足导弹飞行的要求，然而现代的控制方法虽然相对于经典控制方法在技术上面有所提升，但还是有其缺陷的地方，而复合控制方法能够满足现代飞行的要求，为导弹控制系统的优化提供了新的路径。

作者：张海军 单位：92337 部队 辽宁省大连市