طراحی قانون هدایت مقاوم سه‌بعدی با رویکرد برنامه‌ریزی پویای تطبیقی و درنظرگرفتن اشباع ورودی

نوع مقاله : مقاله پژوهشی

نویسندگان

1 دانشکده مهندسی برق و کامپیوتر دانشگاه صنعتی اصفهان

2 دانشکده مهندسی برق و کامپیوتر، دانشگاه صنعتی اصفهان

3 صنعتی اصفهان

10.22060/mej.2019.16834.6451

چکیده

در این مقاله، قانون هدایت مقاوم در فضای سه ‌بعدی برای هدایت رهگیر زمین به هوا با در نظر گرفتن اشباع در ورودی‌های سیستم به همراه دینامیک مرتبه اول برای سیستم خودخلبان به منظور ارتقاء عملکرد سیستم‌های تدافعی ارائه می‌شود. برای دستیابی به این هدف، در ابتدا مسئله مورد مطالعه در دستگاه مختصات سه ‌بعدی کروی مدل‌سازی شده و پس ‌از آن تابع هزینه مناسب با استفاده از اصول هندسه درگیری برای دستیابی به برخورد رهگیر و هدف با در نظر گرفتن محدودیت ورودی و در عدم حضور شتاب هدف، فرمول‌بندی می‌گردد. پس از آن نشان داده می‌شود که حل مسئله مورد نظر با استفاده از ادبیات طراحی کنترل مقاوم نیازمند حل نامساوی معادله دیفرانسیلی هامیلتون-ژاکوبی-ایزاک است که برای مسئله مورد مطالعه دارای جواب بسته نمی‌باشد. از این رو برای غلبه بر این مشکل با استفاده از نظریه برنامه‌ریزی پویای تطبیقی، الگوریتم حل مسئله برای طراحی قانون هدایت مقاوم ارائه می‌شود که از ویژگی‌های روش پیشنهاد شده، ساده شدن حل نامساوی دیفرانسیلی به همراه تضمین عملکرد مقاوم کنترل‌کننده در مقابل شتاب هدف است. شبیه‌سازی‌های انجام‌شده برای اهداف با قدرت مانورهای مختلف و مقایسه عملکرد قانون پیشنهادی با روش‌ مرسوم هدایت تناسبی افزوده شده، نشان‌دهنده کارایی مناسب قانون هدایت مقاوم سه بعدی طراحی شده است.

کلیدواژه‌ها

موضوعات


عنوان مقاله [English]

Designing of Three-dimensional Robust Guidance Law Using Adaptive Dynamic Programming with Input Saturation Constraint

نویسندگان [English]

  • saeid Khan Kalantari 1
  • Iman Izadi 2
  • Farid Sheikholeslam 3
1 Isfahan university of technology
2 Department of Electrical and Computer Engineering, Isfahan University of Technology
3 Department of Electrical and Computer Engineering, Isfahan University of Technology
چکیده [English]

In this paper, a three-dimensional robust guidance law for a surface to air missile considering actuator saturation and first order dynamic for autopilot system has been designed in order to enhance the performance of defense systems. To attain this goal, first, modeling of the system in 3D spherical coordination using engagement basics has been derived and after that, appropriate cost function for collision of missile and target considering actuator constraints and in absence of target maneuver information has been formulated. Hamilton-Jacobi-Isaacs (HJI) differential equation inequality should be solved according to robust control literature for achieving guidance law which unfortunately does not have closed form solution in our case study problem. Therefore, to overcome this challenge, using adaptive dynamic programming theory for solving acquired HJI, algorithm for designing robust guidance law has been presented. Simplification solving of differential inequality and also guaranteeing robustness of the controller are the most important feature of the proposed algorithm. Numerous simulations for targets with different maneuvering capabilities and comparison of the proposed method with conventional augmented proportional navigation, show effectiveness of designed 3D robust guidance law.

کلیدواژه‌ها [English]

  • Guidance law
  • surface to air interceptor
  • Robust Control
  • adaptive dynamic programming