一种有视线角约束的模糊变系数变结构制导律

doi:10.3969/j.issn.1009-086x.2023.05.009

摘要/Abstract

摘要：

针对有末端视线角约束下拦截高速机动目标的场景，设计了一种模糊变系数变结构制导律。提出了一种自适应变结构制导律，制导律可以根据弹目距离自适应调整趋近滑模面的速度；用饱和函数代替制导律中的开关项，有效消除了系统抖振。仿真表明，拦截高速非机动和高速机动目标，提出的变结构制导律均可以满足视线角约束和脱靶量要求，但需用过载较大。为解决需用过载较大的问题，引入模糊控制方法，设计模糊控制器对变结构制导律中的导引系数进行优化，得到了一种模糊变系数变结构制导律，可以满足视线角约束且有效抑制了系统的需用过载。

关键词: 变结构, 模糊控制, 制导律, 高速机动, 视线角约束

Abstract:

A fuzzy variable coefficient variable structure guidance law is designed for intercepting high-speed maneuvering targets with terminal line-of-sight angle constraints. Firstly， an adaptive variable structure guidance law is proposed to adaptively adjust the velocity approaching the sliding mode surface according to the distance of the missile target. Then， the chattering is eliminated by replacing the switch term in guidance law with the saturation function. Simulation results show that the proposed guidance law can meet the requirements of line-of-sight angle constraint and miss distance for intercepting high-speed non-maneuvering and maneuvering targets， but it requires a large overload. To this end， a fuzzy control method is introduced and a fuzzy controller is designed to optimize the guidance coefficient in the variable structure guidance law. Finally， a fuzzy variable structure guidance law with a variable coefficient is obtained to satisfy the line-of-sight angle constraint and restrain the required system overload.

Key words: variable structure, fuzzy control, guidance law, high-speed maneuvering, line-of-sight angle constraint

中图分类号:

TJ765

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图/表 28

图1 平面内交会几何

Fig. 1 Planar engagement geometry

图2 视线角约束不同的弹道

Fig. 2 Trajectories with different LOS angle constraint

表1 视线角约束不同的脱靶量对比

Table 1 Comparison of miss distance with different LOS angle constraints

序号	视线角约束/（°）	脱靶量/m
1	5	1.885 8
2	10	1.420 1
3	15	0.577 7

图3 目标加速度

Fig. 3 Target acceleration

图4 视线角约束不同时的弹道

Fig. 4 Trajectories of different LOS angle constraints

表2 视线角约束不同时的脱靶量对比

Table 2 Comparison of miss distance with different LOS angle constrains

序号	视线角约束/（°）	脱靶量/m
1	5	2.917 5
2	10	0.192 9
3	15	2.758 9

图5 视线角变化曲线

Fig. 5 Variation of LOS angle with different LOS angle constraints

图6 视线角速率变化曲线

Fig. 6 Variation of LOS angle rate with different LOS angle constraints

表3 视线角约束不同时视线角误差对比 (°)

Table 3 Comparison of LOS angle errors with different LOS angle constraints

视线角约束	视线角	视线角误差
5	4.77	0.23
10	9.77	0.23
15	14.77	0.23

图7 视线角权系数不同时的弹道

Fig. 7 Trajectories with different LOS angle weight coefficients

表4 视线角权系数不同的脱靶量对比

Table 4 Comparison of miss distance with LOS angle weight coefficients

序号	视线角权系数	脱靶量/m
1	0.5	0.702 0
2	1	1.716 4
3	2	2.279 0

表5 视线角权系数不同时的视线角误差对比

Table 5 Comparison of LOS angle errors with different LOS angle weight coefficients

视线角权系数	视线角/（°）	视线角误差/（°）
0.5	9.635	0.365
1	9.816	0.184
2	9.908	0.092

图8 导引系数不同时的弹道

Fig. 8 Trajectories with different guidance coefficients

表6 导引系数不同的脱靶量对比

Table 6 Comparison of miss distance with different guidance coefficients

序号	导引系数	脱靶量/m
1	2	0.160 7
2	4	1.805 2
3	6	1.704 5

图9 导引系数不同视线角变化曲线

Fig. 9 Variation of LOS angle with different guidance coefficients

图10 导引系数不同视线角速率变化曲线

Fig. 10 Variation of LOS angle rate with different guidance coefficients

表7 导引系数不同时视线角误差对比 (°)

Table 7 Comparison of LOS angle errors with different guidance coefficients

导引系数	视线角	视线角误差
2	9.848	0.152
4	9.901	0.099
6	9.924	0.076

图11 控制指令变化曲线

Fig. 11 Variation of control command

图12 切换函数变化曲线

Fig. 12 Variation of switching function

图13 控制指令变化曲线

Fig. 13 Variation of control command

图14 输入变量隶属度函数

Fig. 14 Membership functions describing for input

图15 输出隶属度函数

Fig. 15 Membership functions describing for output

图16 模糊关系

Fig. 16 Fuzzy relationship

图17 拦截弹道对比

Fig. 17 Comparison of intercept trajectories

表8 视线角误差对比

Table 8 Comparison of LOS angle errors

参数	变结构制导律	模糊变结构制导律
脱靶量/m	0.973 1	0.138 3
视线角/（°）	9.881	9.868
视线角误差/（°）	0.119	0.132

图18 视线角变化对比

Fig. 18 Comparison of LOS angle

图19 视线角速率变化对比

Fig. 19 Comparison of LOS angle rate

图20 控制指令变化曲线

Fig. 20 Variation of control command

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