【摘要】：隨著航空航天技術(shù)的不斷提高,戰(zhàn)場環(huán)境也日益復(fù)雜,單一飛行器已經(jīng)無法滿足未來空戰(zhàn)的要求。為了增強(qiáng)防御系統(tǒng)性能,提高打擊精度,采用多飛行器進(jìn)行協(xié)同攔截成為國內(nèi)外軍事領(lǐng)域關(guān)注的防御戰(zhàn)術(shù)。本文以多飛行器協(xié)同攔截來襲目標(biāo)為研究背景,針對中末制導(dǎo)過程中的編隊飛行控制和協(xié)同制導(dǎo)方法展開研究,研究適用于協(xié)同攔截任務(wù)要求的編隊控制、協(xié)同制導(dǎo)及協(xié)同估計方法,為多飛行器協(xié)同控制帶來的特殊問題給出合理的解決方案。通過將多智能體有限時間一致性理論與多飛行器協(xié)同控制系統(tǒng)有機(jī)結(jié)合,實現(xiàn)速度更快、魯棒性更好的控制效果。論文主要開展以下研究工作:首先,針對多飛行器協(xié)同攔截與多智能體系統(tǒng)一致性問題相似的特點,結(jié)合協(xié)同攔截任務(wù)對控制時間要求較高的需求,利用有限時間控制理論的優(yōu)勢,開展多智能系統(tǒng)有限時間一致性問題的研究。在建立多智能體系統(tǒng)模型的基礎(chǔ)上,針對一階無向多智能體系統(tǒng)和二階有向多智能體系統(tǒng),分別設(shè)計存在通信時延、通信拓?fù)鋾r變約束下的有限時間一致性控制算法。在此基礎(chǔ)上,進(jìn)一步設(shè)計高階多智能體系統(tǒng)的有限時間一致性控制算法,為后續(xù)編隊飛行控制及協(xié)同制導(dǎo)方法的研究提供理論基礎(chǔ)。其次,針對多飛行器系統(tǒng)中制導(dǎo)過程中的編隊飛行控制問題,研究基于有限時間一致性的編隊飛行控制方法。結(jié)合飛行器特點,采用微分幾何理論得到精確線性化模型,建立飛行器編隊控制模型,給出基于領(lǐng)導(dǎo)-跟隨策略的編隊飛行控制方法。引入領(lǐng)導(dǎo)飛行器坐標(biāo)系,利用有限時間一致性理論設(shè)計編隊飛行控制器,并對系統(tǒng)的有限時間穩(wěn)定性進(jìn)行分析。在此基礎(chǔ)上,進(jìn)一步考慮執(zhí)行機(jī)構(gòu)飽和的影響,實現(xiàn)系統(tǒng)存在控制輸入約束條件下的有限時間編隊控制,提高編隊控制系統(tǒng)的魯棒性。再次,針對多飛行器協(xié)同攔截末制導(dǎo)過程中的協(xié)同制導(dǎo)控制問題,研究基于有限時間控制理論的協(xié)同制導(dǎo)方法。在建立多飛行器與目標(biāo)相對運動模型的基礎(chǔ)上,給出協(xié)同制導(dǎo)問題描述。利用有限時間控制理論和一致性原理,設(shè)計基于領(lǐng)導(dǎo)-跟隨策略的三維空間內(nèi)有限時間協(xié)同制導(dǎo)律。同時,考慮協(xié)同制導(dǎo)精度受目標(biāo)運動狀態(tài)、作戰(zhàn)環(huán)境及參數(shù)等多種因素的影響和制約,設(shè)計參數(shù)自適應(yīng)調(diào)節(jié)器,使控制器參數(shù)自適應(yīng)調(diào)節(jié),與狀態(tài)跟蹤控制算法配合作用,實現(xiàn)參數(shù)根據(jù)設(shè)計的調(diào)節(jié)機(jī)制進(jìn)行自適應(yīng)調(diào)整,提高制導(dǎo)性能。最后,針對來襲機(jī)動目標(biāo)的協(xié)同攔截問題,研究基于一致性的協(xié)同估計與制導(dǎo)方法。根據(jù)擴(kuò)張狀態(tài)觀測器的工作原理,設(shè)計二階擴(kuò)張狀態(tài)觀測器估計目標(biāo)加速度,在此基礎(chǔ)上利用一致性理論設(shè)計分布式估計器,為各飛行器提供一致性估計協(xié)調(diào)控制量,通過通信網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行局部信息交換,使得各飛行器得到一致的估計值。利用分布式一致性估計器得到的目標(biāo)估計值,考慮通信拓?fù)淝袚Q的影響,設(shè)計基于擴(kuò)張狀態(tài)觀測器的有限時間協(xié)同制導(dǎo)律,實現(xiàn)各飛行器對機(jī)動目標(biāo)的精確攔截,提高協(xié)同攔截精度。
【學(xué)位授予單位】：哈爾濱工業(yè)大學(xué)
【學(xué)位級別】：博士
【學(xué)位授予年份】：2018
【分類號】：V249

【參考文獻(xiàn)】

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本文編號：2670753