薛增良

摘 ?要：作為控制系統(tǒng)的重要組成部分，導(dǎo)彈控制系統(tǒng)的性能優(yōu)化是極為重要的。本文詳細(xì)介紹了經(jīng)典控制方法在導(dǎo)彈控制系統(tǒng)中的局限性，從而引出了現(xiàn)代控制方法，分別為滑模變結(jié)構(gòu)控制、魯棒控制、反饋線(xiàn)性化控制、反演控制，最后得出結(jié)論——復(fù)合控制法解決了難題。

關(guān)鍵詞：控制系統(tǒng);性能優(yōu)化;經(jīng)典控制法;現(xiàn)代控制法

1、前言

通常情況下來(lái)看，導(dǎo)彈控制系統(tǒng)的控制特性并不是一直處于穩(wěn)定的狀態(tài)的，這樣的特性我們稱(chēng)之為動(dòng)態(tài)性，在這樣的情況下，導(dǎo)彈控制系統(tǒng)需要實(shí)現(xiàn)進(jìn)一步的優(yōu)化，從而提升它的穩(wěn)定性。但是就目前的情況來(lái)說(shuō)，傳統(tǒng)的導(dǎo)彈控制系統(tǒng)的優(yōu)化方法有一定的短板，它只適用于部分中小規(guī)模、且函數(shù)性態(tài)相對(duì)來(lái)說(shuō)并不復(fù)雜的導(dǎo)彈控制系統(tǒng)的優(yōu)化，對(duì)很大一部分導(dǎo)彈來(lái)說(shuō)還是不適用的。目前的導(dǎo)彈系統(tǒng)作為一個(gè)大型綜合系統(tǒng)，它包含多個(gè)領(lǐng)域，例如幾何外形分析、隱身分析、氣動(dòng)分析以及結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)等，多且繁雜，因此它目前所使用的經(jīng)典的優(yōu)化設(shè)計(jì)方案已不能滿(mǎn)足其需求，對(duì)其起到作用。對(duì)大規(guī)模的導(dǎo)彈系統(tǒng)的優(yōu)化設(shè)計(jì)進(jìn)行有效且合理解決的方法，被稱(chēng)為綜合優(yōu)化設(shè)計(jì)方法，它涵蓋了多個(gè)學(xué)科的知識(shí)，在其對(duì)控制系統(tǒng)的優(yōu)化設(shè)計(jì)的過(guò)程中，主要是對(duì)分布式計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)的有效利用，對(duì)多個(gè)領(lǐng)域的知識(shí)進(jìn)行綜合處理，最終得到所需的控制系統(tǒng)的優(yōu)化設(shè)計(jì)方法，最后在綜合利用到優(yōu)化設(shè)計(jì)所需的全部過(guò)程中，從而實(shí)現(xiàn)對(duì)多個(gè)領(lǐng)域知識(shí)的充分利用，與此同時(shí)還進(jìn)一步促使各個(gè)系統(tǒng)之間的相互作用，再產(chǎn)生協(xié)同效應(yīng)，以實(shí)現(xiàn)最終目的，即導(dǎo)彈控制系統(tǒng)的優(yōu)化設(shè)計(jì)。

2、導(dǎo)彈控制系統(tǒng)的組成部分

綜合控制電路、慣性組件以及舵系統(tǒng)三個(gè)部分共同組成了導(dǎo)彈控制系統(tǒng)。它主要是通過(guò)對(duì)導(dǎo)彈舵面實(shí)行有效操縱，從而實(shí)現(xiàn)對(duì)其整個(gè)飛行軌跡的控制。在這個(gè)過(guò)程中，慣性組件用于測(cè)量導(dǎo)彈彈體的姿態(tài)角信號(hào)、角加速度信號(hào)以及線(xiàn)加速度信號(hào)。綜合控制電路用于實(shí)現(xiàn)對(duì)傳感器的信號(hào)傳遞、PID控制以及工作階段的切換功能等。對(duì)于一些使用不具備反饋回路的開(kāi)環(huán)舵系統(tǒng)來(lái)說(shuō)，它的功能則是控制舵面的偏轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)。

3、經(jīng)典控制方法在導(dǎo)彈控制系統(tǒng)中的應(yīng)用及局限性

各種各樣的不確定性伴隨了導(dǎo)彈飛行的整個(gè)過(guò)程，為提升其穩(wěn)定性，可以通過(guò)對(duì)測(cè)量組件的添加來(lái)實(shí)現(xiàn)對(duì)下一步的飛行路徑進(jìn)行有效的預(yù)測(cè)。但是在對(duì)確定的線(xiàn)性化模型進(jìn)行設(shè)計(jì)時(shí)候，優(yōu)化的設(shè)計(jì)方法主要是利用穩(wěn)定裕度法來(lái)實(shí)現(xiàn)對(duì)不確定問(wèn)題的預(yù)測(cè)，如果使用這種方法來(lái)對(duì)控制系統(tǒng)進(jìn)行優(yōu)化設(shè)計(jì)，那就要求了同時(shí)具備動(dòng)態(tài)性和干擾性，但無(wú)法解決的是這種方法所設(shè)計(jì)出的控制系統(tǒng)對(duì)動(dòng)態(tài)的品質(zhì)存在一定影響。所以，往往采用折中的設(shè)計(jì)手法來(lái)保證系統(tǒng)具備一定程度的穩(wěn)定裕度。

為提高系統(tǒng)的穩(wěn)定性同時(shí)降低系統(tǒng)的干擾性，使用穩(wěn)定裕度來(lái)進(jìn)行設(shè)計(jì)，這時(shí)候局限性就體現(xiàn)出來(lái)了，作為采用經(jīng)典控制方法設(shè)計(jì)的控制系統(tǒng)，它常常會(huì)因?yàn)檩^差的魯棒性，從而難以滿(mǎn)足其基本需求。

對(duì)于較為復(fù)雜的非線(xiàn)性控制系統(tǒng)來(lái)說(shuō)，對(duì)單純地泰勒系數(shù)已無(wú)法滿(mǎn)足其需求，于是需要有針對(duì)性地來(lái)采取非線(xiàn)性控制方法。面對(duì)各種各樣的復(fù)雜環(huán)境變化，對(duì)導(dǎo)彈控制系統(tǒng)優(yōu)化設(shè)計(jì)方法的必要性也越來(lái)越值得我們重視。

4、現(xiàn)代控制方法

區(qū)別于經(jīng)典控制方法的是，現(xiàn)代控制方法能夠在導(dǎo)彈的干擾性和控制性方面做到有效控制，這主要是通過(guò)對(duì)各種各樣的動(dòng)態(tài)信息的及時(shí)追蹤以及對(duì)抑制參數(shù)的有效把控來(lái)實(shí)現(xiàn)的，這也是現(xiàn)代控制方法的優(yōu)勝之處。在這樣的性能優(yōu)勢(shì)下，現(xiàn)代控制方法實(shí)現(xiàn)了大范圍的推廣和應(yīng)用，在對(duì)傳統(tǒng)的導(dǎo)彈控制系統(tǒng)進(jìn)行優(yōu)化的同時(shí)還優(yōu)化設(shè)計(jì)技術(shù)的快速發(fā)展與進(jìn)步。下面介紹幾種具有代表性的現(xiàn)代控制方法：

（1）滑模變結(jié)構(gòu)控制

集系統(tǒng)結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、系統(tǒng)反應(yīng)快和超調(diào)量小等優(yōu)點(diǎn)于一身的滑模變結(jié)構(gòu)控制方法常用于非線(xiàn)性路徑，它還具備一定的抗干擾性以及穩(wěn)定性，因此在目前的控制系統(tǒng)優(yōu)化設(shè)計(jì)領(lǐng)域中滑模變結(jié)構(gòu)控制方法逐漸被采用。它主要是針對(duì)經(jīng)典控制法中導(dǎo)彈在其飛行過(guò)程中尊在的不確定性，對(duì)其實(shí)現(xiàn)有效控制，從結(jié)果上來(lái)說(shuō)，滑模變結(jié)構(gòu)的優(yōu)化設(shè)計(jì)充分發(fā)揮其優(yōu)勢(shì)，使結(jié)構(gòu)變得更加簡(jiǎn)單清晰，更好控制;從性能上來(lái)，滑模變結(jié)構(gòu)還能提高其對(duì)外界干擾存在的魯棒性。這就在導(dǎo)彈控制系統(tǒng)的不確定性上面起到了很好的規(guī)避作用，與此同時(shí)還能排除外界干擾，換句話(huà)說(shuō)，滑模變結(jié)構(gòu)在一定程度上提升了飛行過(guò)程中排除干擾的能力和增強(qiáng)了導(dǎo)彈的定位的準(zhǔn)確性，保證了導(dǎo)彈更加高效的服務(wù)。

（2）魯棒控制

魯棒控制方法能夠有效地提高控制系統(tǒng)的精確性。主要工作原理是根據(jù)動(dòng)態(tài)路徑的變化來(lái)確定下一個(gè)階段的系統(tǒng)設(shè)置參數(shù)，也就是說(shuō)參數(shù)的動(dòng)態(tài)設(shè)置對(duì)提高控制系統(tǒng)的動(dòng)態(tài)穩(wěn)定性有一點(diǎn)的效果。而由于動(dòng)態(tài)性和魯棒性很難做到同時(shí)實(shí)現(xiàn)，于是魯棒控制以降低動(dòng)態(tài)性的方式來(lái)提高其強(qiáng)魯棒性?？偠灾敯艨刂圃谄湓O(shè)計(jì)方面還是不夠完美，存在一定的缺陷。隨著科技的飛速進(jìn)步與發(fā)展，魯棒控制的方法也在相關(guān)技術(shù)人員的研究下不斷進(jìn)行優(yōu)化設(shè)計(jì)，其動(dòng)態(tài)性在一定程度上得到了極有效地提升，因此其系統(tǒng)的控制方面也做得越來(lái)越好。

（3）反饋線(xiàn)性化控制

顧名思義，反饋線(xiàn)性化控制即利用全狀態(tài)反饋抵消原系統(tǒng)的非線(xiàn)性特性，從而得到偽線(xiàn)性系統(tǒng)，再用偽線(xiàn)性理論來(lái)對(duì)系統(tǒng)進(jìn)行綜合。該方法分為非線(xiàn)性動(dòng)態(tài)逆方法和微分幾何方法。

（4）反演控制

分解復(fù)雜的非線(xiàn)性系統(tǒng)為若干個(gè)子系統(tǒng)，設(shè)計(jì)子系統(tǒng)的中間虛擬控制量和李亞普諾夫函數(shù)，最后再集成，從而實(shí)現(xiàn)對(duì)系統(tǒng)控制率的設(shè)計(jì)。該方法的關(guān)鍵點(diǎn)在于虛擬控制輸入，從而找到李亞普諾夫函數(shù)，最終能夠推出能使整個(gè)系統(tǒng)處于穩(wěn)定閉環(huán)狀態(tài)的控制率。

5、結(jié)論

隨著科技與經(jīng)濟(jì)的飛速發(fā)展，飛行要求也在不斷提升，導(dǎo)彈控制系統(tǒng)越來(lái)越受到重視，隨之對(duì)控制系統(tǒng)性能優(yōu)化的技術(shù)要求也越來(lái)越高。就目前的情況來(lái)說(shuō)，經(jīng)典控制方法是基本不能滿(mǎn)足導(dǎo)彈的飛行需求的，人們把期望寄予了現(xiàn)代控制方法，然而現(xiàn)代控制方法相比較經(jīng)典控制方法來(lái)說(shuō)雖然有很大進(jìn)步，但某些方面還是存在一定缺陷，最終復(fù)合控制方法解決了我們的困擾，它既能在一定程度上滿(mǎn)足現(xiàn)代飛行的需求，同時(shí)也為導(dǎo)彈控制系統(tǒng)的優(yōu)化指出一條全新的道路，在導(dǎo)彈控制系統(tǒng)的優(yōu)化方面，還有很長(zhǎng)的路要走。

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