基于动态逆的BTT导弹自动驾驶仪设计

书

2007 年 4 月
第33 卷 第4 期
北 京 航 空 航 天 大 学 学 报
JournaI of Beijing University of Aeronautics and Astronautics
ApriI 2007
VoI. 33 No 4
收稿日期：2006- 04-11
作者简介：张 艳（1981  ），女，河北沧州人，博士生，zhangyan@ asee. buaa. edu. cn.
基于动态逆的 !"" 导弹自动驾驶仪设计
张 艳 段朝阳 张 平 陈宗基
（北京航空航天大学 自动化科学与电气工程学院，北京 100083）
摘 要：针对 BTT（Bank-To-Turn）导弹的复杂非线性特性和冲压发动机带来的飞行
姿态限制，在其自动驾驶仪设计问题上，指出了直接应用动态逆方法存在非最小相位特性，提
出了基于动态逆的双阶段设计方法：第一阶段采用动态逆方法设计内环控制器实现攻角、侧滑
角和滚转角的跟踪；第二阶段分别基于神经网络和动态逆构造攻角和滚转角速度指令生成器，
实现外环对法向加速度、侧滑角和滚转角的良好跟踪效果. 六自由度数学仿真验证了该方法的
三通道的解耦控制能力和鲁棒性，为 BTT 导弹自动驾驶仪设计提供了一个可行的方案.
关 键 词：导弹；飞行动力学；非线性控制系统；神经网络
中图分类号：V 249
文献标识码：A 文 章 编 号：1001-5965（2007）04-0422-05
BTT missile autopilot design based on dynamic inversion
Zhang Yan Duan Chaoyang Zhang Ping Chen Zongji
（SchooI of Automation Science and EIectricaI Engineering，Beijing University of Aeronautics and Astronautics，Beijing 100083，China）
Abstract：AutopiIot design for BTT（bank-to-turn）missiIe is difficuIt because of its compIex nonIinear
characteristics and strict fIight states Iimit by ramjet engine. The non-minimum phase phenomenon was dis-
cussed whiIe direct dynamic inversion method was adopted. New BTT missiIe controI system framework was
proposed using two-stage idea based on dynamic inversion. The first stage is inner Ioop design based on dy-
namic inversion to ensure the performance of attack angIe，sidesIip-angIe and roII rate tracking. Command
converters from normaI acceIeration to attack angIe and roII angIe to roII rate are the core of the outer Ioop on
the second design stage. They are separateIy based on neuraI networks and dynamic inversion for normaI acceI-
eration and roII angIe command tracking. 6 DOF（degree of freedom）simuIation resuIts show the abiIity of
three channeIs decoupIing controI and robustness of the proposed scheme，demonstrating its feasibiIity in engi-
neering fieId.
Key words：missiIes；fIight dynamics；nonIinear controI；neuraI networks
BTT（Bank-To-Turn）导弹依靠滚转来实现转
弯，滚转角速度在各通道之间引入了较强的耦合，
使导弹系统成为一个同时具有非线性和模型不确
定性的复杂多变量对象. 针对该控制问题，国内外
学者进行了许多研究，最优控制
［1］
、鲁棒控制
［2］
、
神经网络
［3］
、非线性控制
［4-6］
等现代控制方法均
得到了应用，并在具体问题的解决上取得了一定
的成果. BTT 导弹自动驾驶仪设计首先要求实现
三通道解耦控制，动态逆方法是解决非线性控制
问题中比较成熟的方案
［4，6］
，但一般针对 BTT 导
弹 自动驾驶仪设计的文献仅考虑对于攻角、侧滑
角和滚转角的跟踪
［2  4］
，未涉及法向加速度. BTT
导弹作为质点，其飞向目标的轨迹运动需要依靠
法向加速度来实现，因此本文涉及的自动驾驶仪
纵向指令设定为法向加速度.
本文研究的导弹以冲压发动机作为动力装
置. 这种发动机具有比冲高、质量轻、体积小、可全
程主动攻击、工作可靠等优点，是下一代空空导弹
动力装置的首选方案. 但是，为保证冲压发动机良
好的工作性能，导弹的飞行状态需要满足严格的