基于混杂不确定系统预测控制方法的直/气复合控制研究

本项目以直接侧向力/气动力复合控制导弹为背景，研究基于混杂不确定系统预测控制方法的直接侧向力/气动力复合控制。首先,建立直接侧向力/气动力复合控制导弹混杂不确定模型，通过选择合适的代价函数，得到预测控制优化问题的描述；其次,为了减少预测控制算法的在线计算量，综合利用多参数规划、凸分析和线性矩阵不等式等技术，研究混合输入混杂系统预测控制显示设计方法；然后，提出混合输入不确定混杂系统鲁棒控制不变集构造方法；最后，基于上述研究成果，完成直接侧向力/气动力复合控制系统设计研究。本研究不仅在理论上能够完善混杂系统预测控制方法，而且还能为预测控制在飞行器制导控制中的应用，如配置脉冲发动机的大气层外拦截器制导控制设计、直接侧向力/气动力复合制导控制系统设计以及卫星姿态控制等方面奠定理论基础，因此，具有重要的理论意义和实际应用价值。

本项目以直接侧向力/气动力复合控制飞行器为背景,考虑直接侧向力的离散特性、飞行器动力学模型的非线性特性，提出了基于混杂预测控制的直接侧向力/气动力复合控制方法。首先，建立了复合控制飞行器完整动力学模型，并通过对模型非线性特性的分析，将飞行器非线性模型转化为分段放射模型；其次，基于分段放射模型和混合逻辑动态模型的等价性，通过引入逻辑变量来描述分区情况，将飞行器分段放射模型转化为混合逻辑动态模型；再次，考虑发动机有限种可能开启情况，构造了直接侧向力取值集合，并通过引入逻辑变量，给出了直接侧向力有限种取值的逻辑变量描述。进一步结合飞行器混合逻辑动态模型得到了复合控制飞行器完整混合逻辑动态模型。然后，通过构造二次型性能指标，结合所建立的飞行器混合逻辑动态模型，给出了飞行器姿态控制对应的混杂预测控制问题的描述，基于混合整数二次规划方法（MIQP），研究了混杂预测控制的状态空间分区情况及每个子空间所对应的显式解。此外，针对多对多协同制导中目标分配问题，构造了基于零效脱靶量的指标函数，并通过引入逻辑变量及其约束来描述目标分配情况，提出了基于混杂预测控制的协同目标分配方法；最后，通过仿真验证了所提出的方法的有效性。