[发明专利]一种水下航行器制导控制方法及系统

说明书

本发明提供了一种水下航行器制导控制方法及系统，所述方法包括：建立水下航行器制导控制一体化模型；构造全局滑模函数；建立事件触发控制器，利用所述全局滑模函数计算控制信号，判断事件触发控制器是否满足触发条件，若满足触发条件则更新直舵控制指令。本发明的优势在于：本发明的方法利用利用全局滑模函数对控制器进行设计，可以使视线角速度误差有限时间内收敛至零点附近，实现水下航行器对来袭目标的拦截，减小通信、执行器操纵的次数，节约系统资源，并提高控制精度。本发明能够使水下航行器事件触发制导控制一体化系统有限时间收敛，加快航行器响应速度，提高拦截概率。

技术领域

本发明属于水下航行器控制领域，具体涉及一种水下航行器制导控制方法及系统。

背景技术

当进行水下目标打击、拦截任务时，水下航行器需要面临包括外界未知海浪/海流干扰、恶劣的水声条件在内复杂多变的海洋环境，为水下航行器实现对目标的精确命中带来了挑战，主要表现为如下方面：首先，水下航行器在复杂的水下环境中航行，严苛的海洋环境将会对系统的正常运行带来不确定干扰，使系统的稳定性受到影响；同时，由于来袭目标航速高、机动性强，可供拦截的时间很短，如果不考虑系统的滞后，将会导致脱靶量较大，造成拦截任务的失败。因此，为了实现对目标的成功拦截，需要水下航行器的制导控制系统具有较快的响应速度，且能够对外界干扰具有鲁棒性。

为了使水下航行器成功命中目标，经典的制导控制方法是将制导系统与控制系统视作两个独立的系统，制导系统根据水下航行器与目标的相对运动关系，计算出所需要的制导指令；控制系统产生实际的舵令使水下航行器跟踪制导指令。上述方法只利用了各自系统的信息，忽略了制导控制系统之间的耦合性。由于制导回路与控制回路之间存在很强的耦合和关联，当水下航行器与目标相对距离较近时姿态变化剧烈，会引起响应滞后的问题，导致脱靶量较大，命中精度变差，该问题在弹道末端尤为突出。为了提高命中精度，充分发挥水下航行器的目标打击能力，制导控制一体化设计方法近年来得到了广泛的关注。制导控制一体化方法的思路是将制导与控制系统作为一个整体，利用相对运动关系和模型动态特性直接产生控制指令。由于制导控制一体化方法考虑了制导系统和控制系统之间的耦合关系，使航行器对目标打击的命中精度以及快速性均能够得到提高并增加命中概率。

制导控制一体化设计方法充分考虑了制导系统和控制系统之间的耦合关系，得到了广泛研究与关注，已成功用于空间飞行器制导控制领域，并且在水下航行器领域也有了初步的研究结果。目前，制导控制一体化控制方法多集中于使系统渐近收敛于平衡点，理论上收敛时间无穷大，对实际问题没有意义，因此需要提高控制系统的实时性，加快收敛速度。

发明内容

本发明的目的在于克服现有技术计算水下航行器受外界干扰时收敛时间过长，无法满足实际航行所需计算时间的缺陷。

为了实现上述目的，本发明提出了一种水下航行器制导控制方法，所述方法包括：

步骤1：建立水下航行器制导控制一体化模型；

步骤2：构造全局滑模函数；

步骤3：建立事件触发控制器，利用所述全局滑模函数计算控制信号，判断事件触发控制器是否满足触发条件，若满足触发条件则更新直舵控制指令。

作为上述方法的一种改进，所述步骤1具体包括：

建立水下航行器制导控制一体化模型如下：

其中，定义大地坐标系下北向为x轴，东向为y轴；基准线x_o平行于x轴且与x轴的正向同方向；

状态变量状态变量x₂＝β，状态变量x₃＝ω_y；各参数定义为：