基于自适应幂次趋近律的飞行器落角约束制导控制方法

本发明涉及飞行器制导与控制方法，具体地，涉及一种基于自适应幂次趋近律的飞行器落角约束制导控制方法。

背景技术：

1、飞行器对地面目标进行攻击时，为了获得更好的毁伤效果，常常需要结合目标易损特性，使飞行器在命中目标时满足期望的攻击角，以发挥战斗部的最大效能。如在打击水面舰艇等纵横比较大的目标时，需要横向切入攻击，当攻击装甲坦克、碉堡工事等四周坚固但顶端薄弱的目标时，以大角度攻顶更为合适。

2、传统的比例导引方法不能满足精确落角的要求，而工程中常用的加入过重力补偿的方式，虽然能够增大落角，但由于重力补偿系数与落角之间不存在直接的数学函数对应关系，因此难以实现对落角的精确控制。

3、考虑攻击角约束的最优制导律，在理论上能达到最优性能，但存在求解困难的问题，对弹载计算能力有一定要求，不利于实时控制。

4、传统的滑模变结构控制方法在用来实现终端角度约束时，为保证滑模面快速收敛，通常会导致控制输入量过大，不符合实际工程应用。

5、基于上述问题，本发明人对现有研究所面临的不足，在偏置比例导引的基础上，设计滑模面并基于参数自适应的幂次趋近律设计制导律，使输入过载符合实际工程要求，从而实现以精准的终端落角对地面静止及运动目标的精确打击。

技术实现思路

1、为了克服上述问题，本发明人进行了锐意研究，设计出一种基于自适应幂次趋近律的飞行器落角约束制导控制方法，该方中，首先根据二维平面内弹目相对运动关系，推导出弹目相对几何关系的非线性数学模型，而后在传统比例导引基础上设计偏置比例导引，针对终端落角约束问题，结合滑模变结构理论设计相应的滑模面，并基于幂次趋近律，使滑模面收敛到零，且通过设计自适应的幂次趋近律参数，减小了命中点处的法向过载，在实现终端大落角约束的同时进一步提高了导引律的实际工程应用价值，从而完成本发明。

2、具体来说，本发明的目的在于提供一种基于自适应幂次趋近律的飞行器落角约束制导控制方法，该方法中在末制导段实时通过自适应幂次趋近律获得飞行器的加速度指令，再基于该加速度指令控制飞行器的舵机来调整飞行器姿态，从而使得飞行器以期望的弹道倾角命中目标。

3、其中，所述自适应幂次趋近律通过下式(一)获得飞行器的加速度指令：

4、

5、其中，am表示飞行器的加速度指令；

6、n表示有效导航比；

7、vm表示飞行器速度；

8、表示弹目相对视线角速率；

9、k表示趋近律系数；

10、s表示滑模面；

11、α表示时变的幂次趋近律参数。

12、其中，所述时变的幂次趋近律参数α通过下式(二)获得：

13、

14、其中，tgo表示剩余飞行时间；

15、t表示当前时间。

16、其中，所述剩余飞行时间tgo通过下式(三)获得：

17、

18、其中，r表示飞行器与目标的距离；

19、q表示弹目相对视线角；

20、θf表示期望的命中点处飞行器弹道倾角。

21、其中，所述滑模面s通过下式(四)获得：

22、s＝vm(θf-θm)-nvm(qf-q)    (四)

23、其中，θm表示飞行器弹道倾角；

24、qf表示命中点处弹目视线角。

25、其中，所述命中点处弹目视线角qf通过下式(五)获得：

26、

27、其中，vt表示目标速度。

28、本发明所具有的有益效果包括：

29、(1)根据本发明提供的基于自适应幂次趋近律的飞行器落角约束制导控制方法，该方法能够有效解决针对地面目标，传统比例导引律无法实现终端大落角约束的问题；

30、(2)根据本发明提供的基于自适应幂次趋近律的飞行器落角约束制导控制方法，能够在有效地精准控制终端落角的同时，保证末端法向过载收敛至零，符合真实工程需求；

31、(3)根据本发明提供的基于自适应幂次趋近律的飞行器落角约束制导控制方法，在工程应用时无需增加额外的硬件设备，符合飞行器低成本的发展趋势。

技术特征：

1.一种基于自适应幂次趋近律的飞行器落角约束制导控制方法，其特征在于，该方法中，在末制导段实时通过自适应幂次趋近律获得飞行器的加速度指令，再基于该加速度指令控制飞行器的舵机来调整飞行器姿态，从而使得飞行器以期望的弹道倾角命中目标。

2.根据权利要求1所述的基于自适应幂次趋近律的飞行器落角约束制导控制方法，其特征在于，

3.根据权利要求2所述的基于自适应幂次趋近律的飞行器落角约束制导控制方法，其特征在于，

4.根据权利要求3所述的基于自适应幂次趋近律的飞行器落角约束制导控制方法，其特征在于，

5.根据权利要求2所述的基于自适应幂次趋近律的飞行器落角约束制导控制方法，其特征在于，

6.根据权利要求5所述的基于自适应幂次趋近律的飞行器落角约束制导控制方法，其特征在于，

技术总结本发明公开了一种基于自适应幂次趋近律的飞行器落角约束制导控制方法，该方中，首先根据二维平面内弹目相对运动关系，推导出弹目相对几何关系的非线性数学模型，而后在传统比例导引基础上设计偏置比例导引，针对终端落角约束问题，结合滑模变结构理论设计相应的滑模面，并基于幂次趋近律，使滑模面收敛到零，且通过设计自适应的幂次趋近律参数，减小了命中点处的法向过载，在实现终端大落角约束的同时进一步提高了导引律的实际工程应用价值。技术研发人员：王伟,刘锐奇,黄鹏,张健,王少龙,刘佳琪,郭琪,刘明,张普熙受保护的技术使用者：北京理工大学技术研发日：技术公布日：2024/7/18