非线性系统反演设计及在导弹控制中的应用研究

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该文从大系统的角度和非线性的角度研究了包括导弹控制系统在内的一类非线性系统的设计方法.首先,针对一类名义系统由线性系统描述,不确定性由非线性描述的大系统,基于块控原理,提出了一种变结构控制设计方法.不确定项存在于各子系统的互联项中,可以是非线性或时变的,不满足匹配条件,但有界;利用反演设计方法来处理系统中的非匹配不确定性,再用变结构控制方法来改善系统的性能;然后,利用Lyapunov稳定性定理证明了闭环系统的信号为最终一致有界且系统的状态收敛于滑模超平面的邻域.通过双倒立摆系统的仿真显示了设计方法的有效性.针对一类名义系统和互联不确定性均由非线性描述的大系统,利用跟踪微分器技术,结合块控原理、backstepping设计方法和变结构控制方法,提出了一种新的控制方法.针对一类控制系数矩阵为未知对角阵但系统的不确定性的界可由线性参数形式描述的非线性系统,充分利用系统的结构特点,结合块控原理、backstepping设计方法、鲁棒控制和自适应控制方法,提出了一种鲁棒自适应控制器的设计方法.针对存在广义不确定性的非线性系统,提出了一种基于反演设计技术和RBF神经网络的鲁棒反演控制器的设计方法.以上两种设计方法,解决了具有广义不确定性的多输入多输出严格反馈型块非线性系统在控制系数矩阵未知的设计难题,且利用了系统的已知信息.放宽了现有文献对此类系统不确定性的要求.在最后一章,介绍了某型导弹六自由度仿真流程.给出了跃升机动和蛇形机动指令的形成方法,对变结构大系统分散控制方法在导弹控制器设计及两种机动方式中的应用进行了详尽的仿真研究,即使在参数有较大摄动时的情况下,六自由度仿真结果表明所设计系统仍工作正常,性能良好.然后,对鲁棒设计方法在蛇行机动中的应用进行了设计及仿真研究,仿真结果同样显示了方法的有效性.最后,讨论了基于神经网络的鲁棒反演方法在BTT导弹中的应用并给出了相应的仿真结果,仿真结果显示了方法的有效性.与动态逆方法的对比仿真表明了该文设计方法的优越性.
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