面向地面机动防空的网络控制系统关键技术研究与实现

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随着现代科技与国防建设的飞速发展,各类空中机动目标呈现出多样化、集群化、速度快、精确打击、体系对抗的新趋势,给地面防空武器系统带来了巨大的压力,以地面弹炮结合自行防空高炮、指挥车、雷达探测车、弹药补给车等武器装备构成的新型防空综合系统急待发展,以满足集群对抗和行进间对抗的需求。为适应新型防空综合系统快速部署、灵活机动、可扩展性强的特点,新型防空综合系统中的各类武器装备之间多采用无线网络进行通信;另一方面,为实现精确打击,防空高炮采用网络化多电机伺服系统可以实现高速、高精度跟踪,以实现精确打击。因此,新型防空综合系统是一个处于恶劣战场环境中的多层多子网的复杂网络控制系统。为满足新型网络化防控综合系统发展的要求,本文针对复杂网络控制系统的控制、滤波和调度等若干关键问题进行了研究,作为主要成员参与了网络化防空武器控制系统实验平台的研制,承担了网络化伺服控制系统软件设计和系统调试,通过实验验证了相关设计的有效性。全文的主要内容如下:  研究了一类存在多丢包率和传感器多模态随机故障的复杂网络化控制系统的鲁棒H∞滤波问题。构造了系统的全阶滤波器,将滤波误差系统建模成随机切换系统,利用随机系统理论和模式依赖平均驻留时间方法分析了H∞滤波器的存在条件,给出了满足给定性能指标的H∞滤波器的设计方法。  研究了一类存在随机时延和传感器多模态不确定故障的复杂网络化控制系统的鲁棒H∞滤波问题。网络随机时延和故障模态的随机切换特性都具有Markov链性质,分别用一个Markov链描述,利用增广向量方法,将滤波误差系统建模成包含双Markov参数的线性跳变系统,给出了可靠H∞滤波器的设计方法。  研究了基于动态死区调度的一类动态带宽复杂网络控制系统的建模与H∞控制问题。提出了一种传输死区阈值随网络带宽动态切换的死区调度策略,建立了存在传输死区、网络短时延的多速率网络控制系统的离散时间模型,利用Lyapunov理论分析了系统的H∞性能,并给出了系统H∞控制器的设计方法。  研究了一类存在时变时延的变采样周期复杂网络控制系统的死区调度与控制器设计问题。提出了一种混合死区调度策略,在传感器端和控制器端设置了采用不同死区调度策略的传输死区,建立了存在死区调度、变采样周期和网络时变时延的复杂网络控制系统的连续时间模型,利用Lyapunov-krasovsii泛函和平均驻留时间方法给出了保证系统指数稳定的控制器的设计方法。  参与了网络化防空武器控制系统实验平台的研制,介绍了实验平台的组成和网络化防空武器伺服系统的控制方案;完成了网络化防空武器控制系统的软件设计,给出了网络化电机驱动与控制器主程序、初始化子程序以及定时器中断控制子程序的流程,介绍了位置指令生成与滤波算法、基于跟踪误差切换的分区PID算法、系统网络通信协议、时钟同步策略、死区调度策略的设计与实现。实验结果验证了所设计的滤波、死区调度和控制策略的有效性。
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