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导弹姿态系统的模糊变结构控制

张菊  
【摘要】: 随着科技的飞速发展,对导弹的姿态控制提出了越来越严格的要求。变结构控制作为控制系统的一种综合方法,它的滑动模态具有不变性,这是变结构控制在导弹姿态控制中最突出的优点。但是变结构控制也存在缺陷。实际系统由于切换装置不可避免地存在惯性,变结构控制在不同的控制逻辑中来回切换,容易引起系统的剧烈抖动,从而成为它在实际应用中的一个障碍。本文将模糊控制和传统的变结构控制结合起来,构成模糊变结构控制,它既保持了常规模糊控制器的优点,同时又可以减弱变结构控制系统存在的抖动。 本文首先介绍了课题的背景,变结构控制以及模糊控制理论的产生、特点以及存在的问题;接着定义了在导弹姿态控制研究过程中所需要用到的一些坐标系,并给出了坐标系之间的转换关系。对导弹的受力情况进行了分析,建立了一组能够表征导弹运动特点的非线性动力学模型,并在一定的假设条件下,对数学模型进行了简化处理;给出了滑模变结构控制理论和模糊控制理论的基本概念,主要内容和设计的一般思路;然后给出了导弹姿态模糊变结构控制的具体设计过程。从一般的非线性系统的数学模型出发,确定出了一般形式的二阶线性参考模型系统的新的模型参考的变结构控制系统。为了更好地设计控制律,对模型进行了非线性变换,使之成为一个期望的非线性系统的形式。根据控制系统的要求建立了非线性滑动模态,分析了滑动模态的稳定性,并为了消除抖振,而选择了模糊变结构控制方法来求出系统的控制规律。以控制力矩为控制输入,最后再转化为舵偏角的控制。 本文的最后研究了系统的仿真问题,并给出了在所设计的控制规律下的仿真结果。结果表明,与传统的变结构控制相比,加入模糊控制后的能够很好的减弱变结构控制系统中存在的抖动,较好地跟踪给定的参考模型。


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