导弹鲁棒分数阶ＰＩＤ自动驾驶仪设计

2012年03月22日14:10:54 本网站我要评论(2)字号：T | T | T

齐乃明，秦昌茂，宋志国
哈尔滨工业大学航天工程系，黑龙江哈尔滨

摘　　　要：由于分数阶ＰＩＤ继承了传统ＰＩＤ的优点，并且具有更好的控制品质及更强的鲁棒性，因此针对导弹飞行过程中变参数、受环境干扰及快速稳定的特点，设计了鲁棒分数阶ＰＩＤ自动驾驶仪。基于较优Ｏｕｓｔａｌｏｕｐ数字算法建立框图式分数阶控制系统模型，结合ＩＡＥ时域性能指标寻优及鲁棒性能量度，综合考虑时域性能及频域性能来整定分数阶ＰＩＤ控制器参数。仿真结果表明，分数阶ＰＩＤ自动驾驶仪在弹道系统参数变化及外干扰影响的情况下，均能获得很好的控制效果，满足导弹姿态控制的快速性要求并具有强鲁棒性和抗干扰性。

关　键　词：分数阶ＰＩＤ；ＩＡＥ性能指标；鲁棒性能量度；自动驾驶仪

１　引　言
分数阶ＰＩＤ［１］将传统ＰＩＤ扩展到分数阶，有５个可调整的参数，比传统ＰＩＤ具有更好的控制效果及更强的鲁棒性。近年来，分数阶ＰＩＤ控制在数字实现及参数整定方面受到关注，Ｏｕｓｔａｌｏｕｐ滤波器［２］及其改进算法［３］在幅频及相频特性中均很好地近似了分数阶微积分，参数整定方法有基于幅频裕度及相频裕度的频率法［４５］、ＩＴＡＥ参数寻优法［６７］等。但是这些算法是基于固定参数的被控系统整定控制器参数，并且ＩＴＡＥ参数寻优有时间参数的影响，对要求快速稳定的导弹系统控制效果并不是很好，控制器参数只是根据时域指标较优来整定，在系统参数发生改变的情况下，并不能达到理想的控制效果，甚至导致控制系统的失稳，所以对于参数时变系统还需要考虑频域的鲁棒性能指标。本文以导弹俯仰通道为被控对象设计分数阶ＰＩＤ自动驾驶仪。基于较优Ｏｕｓｔａｌｏｕｐ数字算法实现分数阶微积分，并建立分数阶ＰＩＤ控制系统模型，结合ＩＡＥ性能指标寻优及鲁棒性能量度［８］，综合考虑时域性能及频域性能来整定分数阶ＰＩＤ控制器参数，仿真结果表明设计的分数阶ＰＩＤ控制器具有很好的控制效果，满足导弹姿态控制的快速性要求并具有强鲁棒性和抗干扰性。

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