關于導彈控制系統優化探討

薛增良

摘 ?要：作為控制系統的重要組成部分，導彈控制系統的性能優化是極為重要的。本文詳細介紹了經典控制方法在導彈控制系統中的局限性，從而引出了現代控制方法，分別為滑模變結構控制、魯棒控制、反饋線性化控制、反演控制，最后得出結論——復合控制法解決了難題。

關鍵詞：控制系統;性能優化;經典控制法;現代控制法

1、前言

通常情況下來看，導彈控制系統的控制特性并不是一直處于穩定的狀態的，這樣的特性我們稱之為動態性，在這樣的情況下，導彈控制系統需要實現進一步的優化，從而提升它的穩定性。但是就目前的情況來說，傳統的導彈控制系統的優化方法有一定的短板，它只適用于部分中小規模、且函數性態相對來說并不復雜的導彈控制系統的優化，對很大一部分導彈來說還是不適用的。目前的導彈系統作為一個大型綜合系統，它包含多個領域，例如幾何外形分析、隱身分析、氣動分析以及結構設計等，多且繁雜，因此它目前所使用的經典的優化設計方案已不能滿足其需求，對其起到作用。對大規模的導彈系統的優化設計進行有效且合理解決的方法，被稱為綜合優化設計方法，它涵蓋了多個學科的知識，在其對控制系統的優化設計的過程中，主要是對分布式計算機網絡的有效利用，對多個領域的知識進行綜合處理，最終得到所需的控制系統的優化設計方法，最后在綜合利用到優化設計所需的全部過程中，從而實現對多個領域知識的充分利用，與此同時還進一步促使各個系統之間的相互作用，再產生協同效應，以實現最終目的，即導彈控制系統的優化設計。

2、導彈控制系統的組成部分

綜合控制電路、慣性組件以及舵系統三個部分共同組成了導彈控制系統。它主要是通過對導彈舵面實行有效操縱，從而實現對其整個飛行軌跡的控制。在這個過程中，慣性組件用于測量導彈彈體的姿態角信號、角加速度信號以及線加速度信號。綜合控制電路用于實現對傳感器的信號傳遞、PID控制以及工作階段的切換功能等。對于一些使用不具備反饋回路的開環舵系統來說，它的功能則是控制舵面的偏轉運動。

3、經典控制方法在導彈控制系統中的應用及局限性

各種各樣的不確定性伴隨了導彈飛行的整個過程，為提升其穩定性，可以通過對測量組件的添加來實現對下一步的飛行路徑進行有效的預測。但是在對確定的線性化模型進行設計時候，優化的設計方法主要是利用穩定裕度法來實現對不確定問題的預測，如果使用這種方法來對控制系統進行優化設計，那就要求了同時具備動態性和干擾性，但無法解決的是這種方法所設計出的控制系統對動態的品質存在一定影響。所以，往往采用折中的設計手法來保證系統具備一定程度的穩定裕度。

為提高系統的穩定性同時降低系統的干擾性，使用穩定裕度來進行設計，這時候局限性就體現出來了，作為采用經典控制方法設計的控制系統，它常常會因為較差的魯棒性，從而難以滿足其基本需求。

對于較為復雜的非線性控制系統來說，對單純地泰勒系數已無法滿足其需求，于是需要有針對性地來采取非線性控制方法。面對各種各樣的復雜環境變化，對導彈控制系統優化設計方法的必要性也越來越值得我們重視。

4、現代控制方法

區別于經典控制方法的是，現代控制方法能夠在導彈的干擾性和控制性方面做到有效控制，這主要是通過對各種各樣的動態信息的及時追蹤以及對抑制參數的有效把控來實現的，這也是現代控制方法的優勝之處。在這樣的性能優勢下，現代控制方法實現了大范圍的推廣和應用，在對傳統的導彈控制系統進行優化的同時還優化設計技術的快速發展與進步。下面介紹幾種具有代表性的現代控制方法：

（1）滑模變結構控制

集系統結構簡單、系統反應快和超調量小等優點于一身的滑模變結構控制方法常用于非線性路徑，它還具備一定的抗干擾性以及穩定性，因此在目前的控制系統優化設計領域中滑模變結構控制方法逐漸被采用。它主要是針對經典控制法中導彈在其飛行過程中尊在的不確定性，對其實現有效控制，從結果上來說，滑模變結構的優化設計充分發揮其優勢，使結構變得更加簡單清晰，更好控制;從性能上來，滑模變結構還能提高其對外界干擾存在的魯棒性。這就在導彈控制系統的不確定性上面起到了很好的規避作用，與此同時還能排除外界干擾，換句話說，滑模變結構在一定程度上提升了飛行過程中排除干擾的能力和增強了導彈的定位的準確性，保證了導彈更加高效的服務。

（2）魯棒控制

魯棒控制方法能夠有效地提高控制系統的精確性。主要工作原理是根據動態路徑的變化來確定下一個階段的系統設置參數，也就是說參數的動態設置對提高控制系統的動態穩定性有一點的效果。而由于動態性和魯棒性很難做到同時實現，于是魯棒控制以降低動態性的方式來提高其強魯棒性。總而言之，魯棒控制在其設計方面還是不夠完美，存在一定的缺陷。隨著科技的飛速進步與發展，魯棒控制的方法也在相關技術人員的研究下不斷進行優化設計，其動態性在一定程度上得到了極有效地提升，因此其系統的控制方面也做得越來越好。

（3）反饋線性化控制

顧名思義，反饋線性化控制即利用全狀態反饋抵消原系統的非線性特性，從而得到偽線性系統，再用偽線性理論來對系統進行綜合。該方法分為非線性動態逆方法和微分幾何方法。

（4）反演控制

分解復雜的非線性系統為若干個子系統，設計子系統的中間虛擬控制量和李亞普諾夫函數，最后再集成，從而實現對系統控制率的設計。該方法的關鍵點在于虛擬控制輸入，從而找到李亞普諾夫函數，最終能夠推出能使整個系統處于穩定閉環狀態的控制率。

5、結論

隨著科技與經濟的飛速發展，飛行要求也在不斷提升，導彈控制系統越來越受到重視，隨之對控制系統性能優化的技術要求也越來越高。就目前的情況來說，經典控制方法是基本不能滿足導彈的飛行需求的，人們把期望寄予了現代控制方法，然而現代控制方法相比較經典控制方法來說雖然有很大進步，但某些方面還是存在一定缺陷，最終復合控制方法解決了我們的困擾，它既能在一定程度上滿足現代飛行的需求，同時也為導彈控制系統的優化指出一條全新的道路，在導彈控制系統的優化方面，還有很長的路要走。

參考文獻

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