速率稳定滚仰式导引头跟踪回路自抗扰控制器设计与仿真

速率稳定滚仰式导引头跟踪回路自抗扰控制器设计与仿真

一、引言

随着航空航天技术的不断发展，导弹和飞行器的控制系统设计也日益受到关注。导弹的导引头跟踪回路是其控制系统中的关键部分，其稳定性和精度对导弹的命中目标起着非常重要的作用。如何设计一种稳定性强、抗干扰能力强的导引头跟踪回路控制器成为了研究的热点。

自抗扰控制（Active Disturbance Rejection Control，ADRC）是一种新型的控制方法，它具有抗干扰能力强、收敛速度快、参数调节简单等优点，因此近年来在导弹和飞行器控制系统中得到广泛的应用。本文旨在利用ADRC算法设计速率稳定滚仰式导引头跟踪回路控制器，并对其进行仿真研究，以验证其稳定性和性能。

1. 系统建模

我们需要建立速率稳定滚仰式导引头跟踪回路的数学模型，以便进行控制器设计和仿真研究。导引头跟踪回路通常由俯仰通道和横滚通道组成，其中俯仰通道用来控制导弹的仰角，横滚通道用来控制导弹的滚转角。

导引头跟踪回路的动力学方程可以用如下形式表示：

\begin{cases}

J_{\theta}\ddot{\theta}=M_{\theta}-\frac{1}{T_{\theta}}\dot{\theta}-\frac{K_{w _{\theta}}}{T_{\theta}}w_{\theta}\\

J_{\phi}\ddot{\phi}=M_{\phi}-\frac{1}{T_{\phi}}\dot{\phi}-\frac{K_{w_{\phi}}}{ T_{\phi}}w_{\phi}

\end{cases}

J_{\theta}和J_{\phi}为俯仰通道和横滚通道的转动惯量，\theta和\phi为俯仰通道和横滚通道的角度，M_{\theta}和M_{\phi}为俯仰通道和横滚通道的控制力矩，

T_{\theta}和T_{\phi}为俯仰通道和横滚通道的时间常数，K_{w_{\theta}}和

K_{w_{\phi}}为俯仰通道和横滚通道的扰动增益，w_{\theta}和w_{\phi}为系统的外部扰动。

2. 自抗扰控制器设计

基于上述系统动力学方程，我们可以利用ADRC算法设计导引头跟踪回路控制器。ADRC 控制器的基本结构包括扰动观测器、状态反馈控制器和非线性补偿器。其工作原理是通过

扰动观测器估计系统的外部扰动，并将其加入到控制信号中进行补偿，从而实现对系统扰

动的抑制。

3. 控制器参数调节

在设计完ADRC控制器的基本结构之后，下一步需要进行控制器参数的调节。ADRC控

制器的参数包括观测增益、控制增益、非线性补偿器参数等。这些参数的选择对于控制器

的性能和稳定性起着至关重要的作用。通常可以通过试探法、经验法和优化算法等方法进

行参数调节。

三、仿真研究

在完成速率稳定滚仰式导引头跟踪回路控制器的设计之后，我们可以利用仿真软件进

行仿真研究，以验证控制器的稳定性和性能。

我们需要将导引头跟踪回路的数学模型转化为仿真模型。在仿真模型中，可以考虑加

入系统的各种扰动和干扰，以验证ADRC控制器的抗干扰能力。

接下来，我们可以将设计好的ADRC控制器应用到仿真模型中，观察系统的响应。通过调节控制器的参数，可以比较不同参数组合对系统性能的影响。

3. 仿真结果分析

我们可以对仿真结果进行分析和总结。通过比较不同控制器参数组合的仿真结果，可

以评价控制器的性能和稳定性。还可以对系统的抗干扰能力和鲁棒性进行分析，以验证ADRC控制器的有效性。

四、结论

本文以速率稳定滚仰式导引头跟踪回路为例，利用ADRC算法设计了一种新型的控制器，并进行了仿真研究。结果表明，设计的ADRC控制器在抗干扰能力和稳定性方面具有显著的优势，能够有效提高导引头跟踪回路的性能和精度。

未来，我们将进一步完善ADRC控制器的设计方法，探索其在导弹和飞行器控制系统中的更广泛应用。还可以考虑将ADRC算法与其他控制方法相结合，进一步提高系统的性能和鲁棒性。相信随着研究的不断深入，ADRC控制器将为导弹和飞行器控制系统的设计和应用带来新的突破。