基于复合执行机构的再入弹头自适应反演控制 (2015年)
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第
30
卷第
10
期
Vo
l.
30 No. 10
控制与决策
2015
年
10
月
Oc
t.
2015
Control and Decision
文章编号:
1001-0920(2015) 10-1810-05
DOI:
10
.1
3195/j
.kz
到
c.2014.1082
基于复合执行机构的再入弹头自适应反演控制
王振，吴忠
(北京航空航天大学仪器科学与光电工程学院，北京
100191)
摘
要:为了提高再入弹头命中精度和机动突防能力，将质量滑块和单框架控制力矩陀螺
(SGCMG)
配合使用，以在
弹头再入全过程中产生足够的姿态控制力矩.针对再入系统物理参数及外界环境干扰的不确定性，利用反演方法设
计再入弹头姿态自适应控制器.该控制器可以对转动惯量不确定性进行自适应补偿，并且有效抑制力矩干扰对姿态
控制系统的影响.对某型再入弹头的仿真研究表明，所提出的控制器可以实现姿态角的良好跟踪.
关键词:弹道导弹:再入控制;自适应反演控制
中图分类号:
V448.22
文献标志码
:A
Adaptive backstepping control of reentry warhead with hybrid actuators
WANG Zhen,
WU
Zhong
(School
of
Instrumentation Science and Opto-electronics Engineering, Beihang University, Beijing 100191, China.
Correspondent: WANG Zhen
, E-mail:
wang
油田
upc@126.com)
Abstract:
To
improve the impact accuracy and maneuvering penetration ability
of
reentry warhead, hybrid actuators with
single gimbal control moment gyroscopes(SGCMGs) and moving
mass
巳
S
缸
e
applied to produce the sufficient moment for
attitude control during the whole reentry process. Taking into account the uncertainty
of
physical
p
征
amet
巳
rs
and
巳
xtemal
environment disturbances, the adaptive attitude controller is designed based on the backstepping control method, which can
implem
巳
nt
adaptive compensation
to
由巳
uncertainty
of
moment
of
inertia and inhibit the
eff
，巳
cts
ofth
巳
moment
disturbances
to the attitude control system effectively. Simulation results show that the adaptive backstepping contro
lJ
er
has a good
tracking performance
, and the attitude control strategy is feasible.
keywbrdgballistic
missile;rmntqcontrol:adaptive
backst
巳
ppi
吨
control
。寻|
tEr
J=t
为了提高再入弹头的命中精度和机动突防能力，
必须对再入弹头进行末制导，而姿态控制技术是再入
弹头末制导所急需解决的关键问题之一.
目前，再入弹头姿态控制主要包括:推力矢量控
制、气动舵面控制、变质心控制等方案.实践发现，气
动舵面控制方案存在高温烧蚀、大气稀薄时机动性能
较低等问题
[l].
推力矢量控制会随着燃料消耗造成弹
体质心变化，同时来流与喷流之间的相互作用会对再
入弹头产生一定程度的干扰
[2].
变质心控制策略虽然
不存在高温烧蚀等问题，但其控制能力对外部环境依
赖较多，在大气密度稀薄时，机动能力偏弱
[34].
受航
天器姿态控制的启发，文献
[5]
提出了基于质量滑块
和
SGCMG
两执行机构的复合控制方案，
SGCMG
可
以弥补质量滑块控制力矩输出的不足，质量滑块产生
收稿日期:
2014-07-09;
修回日期:
2014-10-27.
的气动力矩可以为
SGCMG
进行卸载，实现优势互补.
针对再入弹头的姿态控制问题，般采用凹
D
、
反馈线性化等方法.然而，质量滑块的移动、
SGCMG
的转动及燃料的消耗都会引起系统转动惯量参数的
不确定性，导致各通道间稠合严重，使得系统模型具
有非线性、强祸合性和不确定性
[6].
常规方法难以满
足高性能的控制需求，而自适应反演控制可以有效克
服以上问题:自适应控制可以对不确定参数进行准确
估计，提高控制精度
[7];
反演控制无需对系统进行线
性化处理
[8l.
文献
[9]
针对复合执行机构控制的再入
弹头，基于反演方法进行了非线性控制系统的设计，
但是未考虑物理参数和力矩干扰等不确定因素的影
日向;文献
[10]
对非线性飞行系统进行了自适应反演控
制律研究，控制性能明显改善，但控制系统对执行机
构的动态特性考虑较少.
基金项目:国家自然科学基金项目
(10772011);
中央高校基本科研业务费专项资金项目
(YWF-I0-0I-A22).
作者简介:王振
(1987-)
，男，博士生，从事航天器控制技术的研究:吴忠
(1970
一)，男，教授，博士生导师，从事航天器控
制技术、伺服控制技术等研究.
第
30
卷第
10
期
Vo
l.
30 No. 10
控制与决策
2015
年
10
月
Oc
t.
2015
Control and Decision
文章编号:
1001-0920(2015) 10-1810-05
DOI:
10
.1
3195/j
.kz
到
c.2014.1082
基于复合执行机构的再入弹头自适应反演控制
王振，吴忠
(北京航空航天大学仪器科学与光电工程学院，北京
100191)
摘
要:为了提高再入弹头命中精度和机动突防能力，将质量滑块和单框架控制力矩陀螺
(SGCMG)
配合使用，以在
弹头再入全过程中产生足够的姿态控制力矩.针对再入系统物理参数及外界环境干扰的不确定性，利用反演方法设
计再入弹头姿态自适应控制器.该控制器可以对转动惯量不确定性进行自适应补偿，并且有效抑制力矩干扰对姿态
控制系统的影响.对某型再入弹头的仿真研究表明，所提出的控制器可以实现姿态角的良好跟踪.
关键词:弹道导弹:再入控制;自适应反演控制
中图分类号:
V448.22
文献标志码
:A
Adaptive backstepping control of reentry warhead with hybrid actuators
WANG Zhen,
WU
Zhong
(School
of
Instrumentation Science and Opto-electronics Engineering, Beihang University, Beijing 100191, China.
Correspondent: WANG Zhen
, E-mail:
wang
油田
upc@126.com)
Abstract:
To
improve the impact accuracy and maneuvering penetration ability
of
reentry warhead, hybrid actuators with
single gimbal control moment gyroscopes(SGCMGs) and moving
mass
巳
S
缸
e
applied to produce the sufficient moment for
attitude control during the whole reentry process. Taking into account the uncertainty
of
physical
p
征
amet
巳
rs
and
巳
xtemal
environment disturbances, the adaptive attitude controller is designed based on the backstepping control method, which can
implem
巳
nt
adaptive compensation
to
由巳
uncertainty
of
moment
of
inertia and inhibit the
eff
，巳
cts
ofth
巳
moment
disturbances
to the attitude control system effectively. Simulation results show that the adaptive backstepping contro
lJ
er
has a good
tracking performance
, and the attitude control strategy is feasible.
keywbrdgballistic
missile;rmntqcontrol:adaptive
backst
巳
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control
。寻|
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J=t
为了提高再入弹头的命中精度和机动突防能力，
必须对再入弹头进行末制导，而姿态控制技术是再入
弹头末制导所急需解决的关键问题之一.
目前，再入弹头姿态控制主要包括:推力矢量控
制、气动舵面控制、变质心控制等方案.实践发现，气
动舵面控制方案存在高温烧蚀、大气稀薄时机动性能
较低等问题
[l].
推力矢量控制会随着燃料消耗造成弹
体质心变化，同时来流与喷流之间的相互作用会对再
入弹头产生一定程度的干扰
[2].
变质心控制策略虽然
不存在高温烧蚀等问题，但其控制能力对外部环境依
赖较多，在大气密度稀薄时，机动能力偏弱
[34].
受航
天器姿态控制的启发，文献
[5]
提出了基于质量滑块
和
SGCMG
两执行机构的复合控制方案，
SGCMG
可
以弥补质量滑块控制力矩输出的不足，质量滑块产生
收稿日期:
2014-07-09;
修回日期:
2014-10-27.
的气动力矩可以为
SGCMG
进行卸载，实现优势互补.
针对再入弹头的姿态控制问题，般采用凹
D
、
反馈线性化等方法.然而，质量滑块的移动、
SGCMG
的转动及燃料的消耗都会引起系统转动惯量参数的
不确定性，导致各通道间稠合严重，使得系统模型具
有非线性、强祸合性和不确定性
[6].
常规方法难以满
足高性能的控制需求，而自适应反演控制可以有效克
服以上问题:自适应控制可以对不确定参数进行准确
估计，提高控制精度
[7];
反演控制无需对系统进行线
性化处理
[8l.
文献
[9]
针对复合执行机构控制的再入
弹头，基于反演方法进行了非线性控制系统的设计，
但是未考虑物理参数和力矩干扰等不确定因素的影
日向;文献
[10]
对非线性飞行系统进行了自适应反演控
制律研究，控制性能明显改善，但控制系统对执行机
构的动态特性考虑较少.
基金项目:国家自然科学基金项目
(10772011);
中央高校基本科研业务费专项资金项目
(YWF-I0-0I-A22).
作者简介:王振
(1987-)
，男，博士生，从事航天器控制技术的研究:吴忠
(1970
一)，男，教授，博士生导师，从事航天器控
制技术、伺服控制技术等研究.
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