طراحی قانون هدایت سه بعدی مقاوم در برابر مانورهای هدف با رویکرد پایدارسازی جزئی گسسته زمان

نوع مقاله : مقالة‌ تحقیقی‌ (پژوهشی‌)

نویسندگان

دانشکده مهندسی برق و الکترونیک، دانشگاه صنعتی شیراز، شیراز، ایران

10.30699/jsst.2019.90715

چکیده

در این مقاله، با استفاده از رویکرد پایدارسازی جزئی گسسته‌زمان، یک قانون هدایت مقاوم در برابر مانورهای هدف، به صورت سه ‌بعدی طراحی می‌شود. در پایدارسازی جزئی، سیستم به دو زیرسیستم تقسیم می‌شود که تنها در زیرسیستم اول دستیابی به پایداری مجانبی مطلوب است. از طرف دیگر باوجود پیشرفت‌های گسترده در پیاده‌سازی دیجیتال کنترل‌کننده‌ها، تاکنون طراحی قانون هدایت با رویکرد پایدارسازی جزئی گسسته‌زمان انجام نشده است. کنترل‌کننده پیشنهادی در این مقاله، علی‌رغم محدودیت‌های گسسته‌سازی و توابع لیاپانوف گسسته‌زمان متغیرهای حالت سیستم را به خوبی پایدار می‌سازد. همچنین با توجه به اینکه تابع لیاپانوف بر مبنای فیزیک مسئله هدایت (صفر شدن نرخ چرخش خط دید) انتخاب شده است، نشان داده می‌شود که امکان پایدارسازی مجانبی با فرض مانورهای بالای هدف وجود ندارد. بنابراین به محدود نمودن نرخ چرخش خط دید به یک مقدار قابل تنظیم، به نحوی که برخورد موشک به هدف در زمان کوتاه تضمین شود، اکتفا می‌شود. نتایج شبیه سازی‌ها عملکرد مطلوب قانون هدایت پیشنهادی را نشان می‌دهد.

کلیدواژه‌ها


عنوان مقاله [English]

Robust Three-Dimensional Guidance Law Design against Maneuvering Targets with Approach of Discrete-time Partial Stabilization

نویسندگان [English]

  • Mohammad Hossein Shafiei
  • Negin Vazirpour
Department of Electrical Engineering, Shiraz University of Technology, Siraz, IRAN
چکیده [English]

In this paper, the approach of discrete-time partial stabilization is employed to design a robust three-dimensional guidance law against maneuvering targets. In the partial stabilization method, the considered system is divided into two sub-systems which achieving to asymptotic stability is desirable only for the first one. One of the advantages of this paper is to design a discrete-time guidance law even with limitations and difficulties in discrete-time Lyapunov theorem. The Lyapunov function has been chosen based on the physics of the guidance problem (making the rate of line of sight (LOS) rotation close to zero). In this paper, it is shown that there is no possibility for asymptotic stabilization of the guidance problem in the case of maneuvering targets. Thus, it has been sufficed to limit the rotation rate of LOS to a small value which will guarantee the missile hit to the target in a short time. Simulations results show the appropriate performance of the proposed guidance law.

کلیدواژه‌ها [English]

  • partial stabilization
  • Robust Guidance law
  • digital controller
  • discrete-time Lyapunov theorem
[1]    Zarei, F. and Shafiei, M.H.,. "On Event-Triggered Tracking for Non-linear SISO Systems Via Sliding Mode Control”.  IMA Journal of Mathematical Control and Information, Vol. 37, Issue 1, 2020, pp. 105–119, 2018.
[2]    Keshavarz, M. and Shafiei, M.H., "Design of a Novel Framework to Control Nonlinear Affine Systems Based on Fast Terminal Sliding-Mode Controller". Journal of Electrical and Computer Engineering Innovations, Vol. 5, No. 2, pp. 101-108, 2017.
[3]    Adloo, H. and Shafiei, M.H., “A Robust Adaptive Event-Triggered Control Scheme for Dynamic Output-Feedback Systems”. Information Sciences, Vol. 477, 2019, pp.65-79.
[4]    Shafiei, M.H. and Binazadeh, T. “Partial Stabilization-based Guidance”, ISA transactions, Vol. 51, No. 1, 2012, pp. 141-145.
[5]    Moon, J., Kim, K. and Kim, Y. “Design of Missile Law via Variable Structure Control,” Journal of Guidance, Control and Dynamics, Vol. 24, No. 4, 2001, pp. 659–64.
[6]    Shafiei, M.H. and Binazadeh, T., Application of Partial Sliding Mode in Guidance Problem. ISA transactions, Vol. 52,No. 2, 2013, pp. 192-197.
[7]    Chen, B.S., Chen YY, Lin CL. “Nonlinear fuzzy H∞ guidance law with saturation of actuators against maneuvering targets,” IEEE Transactions on Control System Technology, Vol. 10, No. 6, 2002, pp.769–79.
[8]    Shafiei,  M.H and Binazadeh, T., “Partial stabilization-based guidance,” ISA Transactions, Vol. 51, 2012, pp. 141–145.
[9]    Vorotnikov VI., Partial stability and control, Boston: Birkhauser, 1998.
[10] Hu, W, Wang, J., Li, X., “An Approach of Partial Control Design for System Control and Synchronization,” Chaos, Solitons & Fractals, Vol. 39, No. 3, 2009, pp. 1410–7.
[11] Vorotnikov VI. “Partial Stability and Control: The State of the Art and Development Prospects,” Automatic Remote Control, Vol. 66, No. 4, 2005, pp. 511–516.
[12] Lechevin, N., Rabbath, CA., “Lyapunov-based Nonlinear Missile Guidance,” Journal of Guidance, Control, and Dynamics, Vol. 27, No. 6, 2004, pp. 1096–102.
[13] Ryoo CK, Kim YH, Tahk MJ, Choi K. “A Missile guidance law based on Sontag’s formula to intercept maneuvering targets,” International Journal of Control, Automation, and Systems, Vol. 5, No. 4, 2007, pp. 397–409.
[14] Shieh, CS. “Nonlinear Rule-based Controller for Missile Terminal Guidance,” IEE Proceedings Control Theory Application, Vol. 150, No. 1, 2004, pp. 45–8.
[15] Chellaboina, V.S. and Haddad, W.M., “A Unification Between Partial Stability and Stability Theory for Time-Varying Systems,” IEEE Control Systems Magazine, Vol. 22, No. 6, 2002, pp. 66–75.
[16] Binazadeh, T. and Yazdanpanah, M.J. “Robust Partial Control Design for Nonlinear Control Systems: A Guidance Application,” Proc. IMechE Part I: J. Systems and Control Engineering, 2011.
[17] Nobari, J.H., “A Novel View to Engagement Geometry Based on Proportional Navigation,” Technical Report, Khaje Nasir University, 2002.
[18] Ghose, D., “On the Generalization of True Proportional Navigation,” IEEE Transactions onAerospace and Electronic Systems, Vol. 30, No. 2, 1994, pp. 545-555.
[19] Yang, C.D., Yeho, F. B. and Hsiao, F. B., “Generalized Guidance Law for Homing Missles,” IEEE Transactions onAerospace and Electronic Systems, Vol. AES25, No. 2, 1989, pp. 197-212.