带有误差约束的导弹编队预设性能控制器设计

doi:10.3969/j.issn.1009-086x.2025.01.008

现代防御技术 ›› 2025, Vol. 53 ›› Issue (1): 73-80.DOI: 10.3969/j.issn.1009-086x.2025.01.008

带有误差约束的导弹编队预设性能控制器设计

吴险峰¹, 陈宝文¹, 孙经广²

^1.深圳信息职业技术学院，广东深圳 518172
^2.江苏自动化研究所，江苏连云港 222061

收稿日期:2023-11-27 修回日期:2024-02-26 出版日期:2025-02-28 发布日期:2025-02-27
通讯作者: 孙经广
作者简介:吴险峰(1975-)，男，湖北武汉人。高工，博士，研究方向为智能控制系统等方面。
基金资助:
深圳市教育科学“十四五”规划2022年度课题(YBZZ22017);2021年广东省教育教学改革研究与实践项目(GDJG2021388)

Design of Preset Performance Saturation Controller for Missile Formation with Error Constraint

Xianfeng WU¹, Baowen CHEN¹, Jingguang SUN²

^1.Shenzhen Institute of Information Technology，Shenzhen 518172，China
^2.Jiangsu Automation Research Institute，Lianyungang 222061，China

Received:2023-11-27 Revised:2024-02-26 Online:2025-02-28 Published:2025-02-27
Contact: Jingguang SUN

摘要/Abstract

摘要：

研究分析了存在外界干扰、输入受限和跟踪误差性能约束条件下的导弹编队控制问题。在定义每枚导弹与期望位置绝对误差、相邻导弹的相对误差的基础上，基于通信拓扑理论，建立了基于总误差的导弹编队系统模型，并利用误差转换函数，给出了带有输入受限的跟踪误差约束的导弹编队模型。采用反步法、自适应技术和辅助系统，设计了自适应饱和的编队预设性能控制器；借助李雅普诺夫理论对所提出的编队控制器进行了稳定性证明，表明系统跟踪误差能够收敛至预先设定的边界范围内，并通过数字仿真验证了控制器的有效性。

关键词: 导弹编队, 跟踪误差约束, 预设性能, 输入饱和, 自适应控制, 反步控制

Abstract:

This paper studies the missile formation control problem under external interference， input limitations， and tracking error performance constraints. Based on communication topology theory， a missile formation model is established using the absolute error of each missile and the relative error of neighboring missiles. A missile formation model with an input-limited tracking error constraint is then presented using an error conversion function. An adaptive saturation formation preset performance controller is designed using the backstepping method， adaptive techniques， and an auxiliary system. The stability of the proposed formation controller is proved using the Lyapunov theory， which shows that the system’s tracking error can converge to the predetermined boundary range. The effectiveness of the controller is verified through digital simulations.

Key words: missile formation, tracking error constraint, preset performance, input saturation, adaptive control, backstepping control

中图分类号:

TJ76

吴险峰, 陈宝文, 孙经广. 带有误差约束的导弹编队预设性能控制器设计[J]. 现代防御技术, 2025, 53(1): 73-80.

Xianfeng WU, Baowen CHEN, Jingguang SUN. Design of Preset Performance Saturation Controller for Missile Formation with Error Constraint[J]. Modern Defense Technology, 2025, 53(1): 73-80.

图/表 6

表1 导弹编队成员初始信息

Table 1 Initial information for missile formation members

成员编号	x方向位置/m	y方向位置/m	z方向位置/m	速度/（m·s^-1）	弹道偏角/rad
导弹1	1 392.275 3	96.602 5	-759.244 5	32.00	0.502 7
导弹2	1 096.468 3	101.267 5	-697.049 7	32.26	0.642 3
导弹3	955.514 8	99.799 5	-606.244 6	33.85	0.586 4
导弹4	655.094 0	104.252 8	-415.009 9	34.54	0.549 8

图1 导弹编队成员飞行路径曲线

Fig. 1 Flight path curve of missile formation members

图2 导弹编队跟踪误差曲线

Fig. 2 Tracking error curve of missile formation

图3 导弹编队成员总位置误差

Fig. 3 Total position error of missile formation members

图4 导弹编队成员总速度误差

Fig. 4 Total velocity error of missile formation members

图5 导弹编队成员控制力

Fig. 5 Control input of missile formation members

参考文献 11

1	宗凯彬，张承龙，卓志敏. 智能导弹武器系统发展综述［J］. 现代防御技术， 2020， 48（3）： 49-55， 85.
	ZONG Kaibin， ZHANG Chenglong， ZHUO Zhimin. Survey of the Development of Intelligent Missile Weapon Systems［J］. Modern Defence Technology， 2020， 48（3）： 49-55， 85.
2	宋俊红，宋申民，徐胜利. 一种拦截机动目标的多导弹协同制导律［J］. 宇航学报， 2016， 37（12）： 1432-1440.
	SONG Junhong， SONG Shenmin， XU Shengli. A Cooperative Guidance Law for Multiple Missiles to Intercept Maneuvering Target［J］. Journal of Astronautics， 2016， 37（12）： 1432-1440.
3	GUO Yong， SONG Shenmin， LI Xuehui. Backstepping Sliding Mode Control for Formation Flying Spacecraft［J］. Aircraft Engineering and Aerospace Technology， 2018， 90（1）： 56-64.
4	LIU Deyuan， LIU Hao， VALAVANIS K P. Fully Distributed Time-Varying Formation Control for Multiple Uncertain Missiles［J］. IEEE Transactions on Aerospace and Electronic Systems， 2021， 57（3）： 1646-1656.
5	陈宝文，孙经广. 考虑通信延迟的多导弹协同分布饱和控制器［J］. 控制工程， 2021， 28（6）： 1223-1228.
	CHEN Baowen， SUN Jingguang. Anti-Saturation Multi-Missile Cooperative Controller with Communication Delay［J］. Control Engineering of China， 2021， 28（6）： 1223-1228.
6	李碧燕，胡顺. 基于方向信息的无人机群编队控制算法［J］. 现代防御技术， 2023， 51（2）： 55-61.
	LI Biyan， HU Shun. Formation Control of UAV Swarm with Bearing-Only Measurements［J］. Modern Defence Technology， 2023， 51（2）： 55-61.
7	顾立雯，王玉龙，马浪. 基于迭代学习的多智能体系统协同编队控制［J］. 控制工程， 2021， 28（11）： 2178-2184.
	GU Liwen， WANG Yulong， MA Lang. Cooperative Formation Control of Multi-Agent Systems Based on Iterative Learning［J］. Control Engineering of China， 2021， 28（11）： 2178-2184.
8	卜祥伟，姜宝续. 预设性能控制的脆弱性问题探究［J］. 空军工程大学学报， 2022， 23（4）： 5-13.
	BU Xiangwei， JIANG Baoxu. Research on the Fragility Problem of Prescribed Performance Control［J］. Journal of Air Force Engineering University， 2022， 23（4）： 5-13.
9	尹依伊，王晓芳，田震，等. 基于预设性能控制的多导弹编队方法［J］. 系统工程与电子技术， 2020， 42（12）： 2847-2858.
	YIN Yiyi， WANG Xiaofang， TIAN Zhen， et al. Multi-Missile Formation Method Based on Prescribed Performance Control［J］. Systems Engineering and Electronics， 2020， 42（12）： 2847-2858.
10	张春蕾，王立东，高闯，等. 输入饱和及输出受限的纯反馈非线性系统控制［J］. 控制工程， 2021， 28（3）： 531-539.
	ZHANG Chunlei， WANG Lidong， GAO Chuang， et al. Pure Feedback Nonlinear System Control with Input Saturation and Output Constraints［J］. Control Engineering of China， 2021， 28（3）： 531-539.
11	周大旺，赵国荣，吴进华，等. 导弹姿态的自抗扰有限时间控制［J］. 控制与决策， 2015， 30（8）： 1405-1410.
	ZHOU Dawang， ZHAO Guorong， WU Jinhua， et al. Auto Disturbance Rejection of Finite Time Controller for the Control of Missile's Attitude［J］. Control and Decision， 2015， 30（8）： 1405-1410.

[1]	卜祥伟, 姜宝续. 乘波体飞行器非脆弱预设性能控制[J]. 现代防御技术, 2022, 50(4): 1-9.
[2]	田源, 王俊波, 宿敬亚. 基于视线角速率的自适应滑模导引规律[J]. 现代防御技术, 2020, 48(2): 40-44.

带有误差约束的导弹编队预设性能控制器设计

Design of Preset Performance Saturation Controller for Missile Formation with Error Constraint

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