基于改进PID-LQR的导弹稳定控制方法研究

doi:10.3969/j.issn.1009-086x.2024.03.009

现代防御技术 ›› 2024, Vol. 52 ›› Issue (3): 73-79.DOI: 10.3969/j.issn.1009-086x.2024.03.009

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基于改进PID-LQR的导弹稳定控制方法研究

苏日新¹^,²(), 张欧³

^1.国防科技大学空天科学学院, 湖南长沙 410073
^2.航天江南集团有限公司, 贵州贵阳 550009
^3.江南机电设计研究所, 贵州贵阳 550009

收稿日期:2024-03-19 修回日期:2024-05-15 出版日期:2024-06-28 发布日期:2024-07-08
通讯作者: 张欧
作者简介:苏日新(1975-)，女，广西南宁人。研究员，博士生，研究方向为制导控制。 E-mail：rixinsu@163.com

Research on Method of Missile Stability Control Based on Improved PID-LQR Algorithm

Rixin SU¹^,²(), Ou ZHANG³

^1.College of Aerospace Science and Engineering, National University of Defense Technology, Changsha 410073, China
^2.Aerospace Jiangnan Group Co. , Ltd, Guiyang 550009, China
^3.Jiangnan Design & Research Institute of Machinery & Electricity, Guiyang 550009, China

Received:2024-03-19 Revised:2024-05-15 Online:2024-06-28 Published:2024-07-08
Contact: Ou ZHANG

摘要/Abstract

摘要：

导弹稳定控制系统是提高导弹制导性能的关键技术之一，一直以来都是研究的热点和重点。以导弹纵向平面为例，建立了导弹稳定控制的状态空间模型，推导了LQR控制算法，在传统LQR方法的基础上，结合PID算法提出了一种改进的PID-LQR导弹稳定控制方法。通过仿真分析，比较了所提方法和传统LQR方法、改进LQR方法、模糊PID-LQR方法的控制性能，并对建立的导弹模型参数进行了拉偏试验，仿真结果表明所提出的方法优于其他3种方法，具有良好的控制性能和鲁棒性。

关键词: 导弹稳定控制, 导弹模型, 线性二次型调节器, 比例积分微分

Abstract:

Missile stability control system is one of the crucial technologies to promote missile guidance performances， and has always been a research hotspot and focus. Taking the longitudinal plane of a missile as an example， a state-space model of the missile stability control is established. The linear quadratic regulator （LQR） control algorithm is derived， and an improved PID（proportional integral derivative）-LQR approach for missile stability control is proposed based on the traditional LQR method and PID algorithm. The control performances of the proposed method are compared with traditional LQR method， improved LQR method， and fuzzy PIQ-LQR method through simulation analysis. The established missile model parameters are subjected to conduct bias tests. The simulation results show that the proposed method is superior to the other three methods and has good control performances and robustness.

Key words: missile stability control, missile model, linear quadratic regulator （LQR）, proportional integral derivative（PID）

中图分类号:

TJ765.2

苏日新, 张欧. 基于改进PID-LQR的导弹稳定控制方法研究[J]. 现代防御技术, 2024, 52(3): 73-79.

Rixin SU, Ou ZHANG. Research on Method of Missile Stability Control Based on Improved PID-LQR Algorithm[J]. Modern Defense Technology, 2024, 52(3): 73-79.

图/表 8

表1 导弹的参数

Table 1 Missile parameters

	参数	数值
	$a 1$	0.248 4
	$a 2$	0.009 28
	$a 3$	41.262 1
	$a 4$	0.201 8
	$a 5$	0.000 1
	$q A C y α / m g$	30.458 8

表1 导弹的参数

Table 1 Missile parameters

	参数	数值
	$a 1$	0.248 4
	$a 2$	0.009 28
	$a 3$	41.262 1
	$a 4$	0.201 8
	$a 5$	0.000 1
	$q A C y α / m g$	30.458 8

图1 俯仰角速度ωz

Fig. 1 Pitch angular velocity ωz

图2 攻角α

Fig. 2 Angle of attack

图3 法向过载ny单位阶跃响应

Fig. 3 Unit step response of normal overload ny

图4 俯仰角速度ωz

Fig4 Pitch angular velocity ωz

图5 攻角α

Fig. 5 Angle of attack

图6 法向过载ny单位阶跃响应

Fig. 6 Unit step response of normal overload ny

表2 系统快速性比较

Table 2 Comparison of system rapidity

仿真条件	上升时间/s	超调量/%
传统LQR、无拉偏	0.424 6	4.04
改进LQR、无拉偏	0.243 7	15.43
模糊PID-LQR、无拉偏	0.497 4	0
改进PID-LQR、无拉偏	0.245 3	0
改进PID-LQR、+20%拉偏	0.205 4	0
改进PID-LQR、-20%拉偏	0.304 6	0

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