طراحی قانون هدایت کنترل مود لغزشی به‌منظور کنترل زمان برخورد با هدف مانوردار

نوع مقاله : مقاله پژوهشی

نویسندگان

1 دانشکده برق، دانشگاه خواجه نصیرالدین طوسی، تهران، ایران

2 دانشگاه امام حسین

3 دانشکده برق، دانشگاه تربیت مدرس

4 دانشکده هوا فضا، دانشگاه امام حسین، تهران، ایران

چکیده

کنترل زمان برخورد موشک با هدف دارای مانور در کاربردهایی همچون حملۀ گروهی، از اهمیت بالایی برخوردار است چراکه می‎توان به‎صورت همزمان چندین موشک را به هدف رساند. در این مقاله، به‌منظور کنترل زمان برخورد موشک با هدف مانوردار، قانون هدایتی مبتنی بر روش مود لغزشی پیشنهاد شده است. بدین منظور، در ابتدا با درنظر گرفتن دینامیک غیرخطی برای سیستم هدایت و انتخاب سطح لغزش مناسب، به طراحی کنترل‌کنندۀ مود لغزشی پرداخته و در ادامه با استفاده از روش لیاپانوف، شرط کافی برای پایداری سیستم حاصل ارائه شده است. در این شرایط، سطح لغزش به‌نحوی انتخاب می‌شود که کنترل مود لغزشی، به‌صورت همزمان هم بتواند نرخ خط دید را صفر کند و هم بتواند خطای زمان باقیمانده تا هدف را به صفر برساند. با لحاظ کردن معادلات دینامیک غیرخطی هدف دارای مانور در فرایند طراحی، کنترل‌کنندۀ پیشنهادی تضمین خواهد کرد که موشک در زمان موردنظر به هدف مانوردار برخورد خواهد کرد. در انتها نیز با بهره‌گیری از یک مثال شبیه‌سازی و به‎منظور بررسی کارایی روش معرفی‎ شده در این مقاله، سناریوهای مختلفی برای هدف (ایستا و مانوردار) درنظر گرفته شده و با درنظر گرفتن زمان‌های مطلوب برخورد متفاوت، عملکرد آن در کنار سایر روش‌های موجود مورد بررسی قرار گرفته است.

کلیدواژه‌ها

موضوعات


عنوان مقاله [English]

Impact Time Guidance Law against Maneuvering Targets Using Sliding Mode Control

نویسندگان [English]

  • saeed khankalantary 1
  • mohsen hajizadeh 2
  • ;azem heidari 3
  • hasan mohammadkhani 4
1 Department of Electrical and Computer Engineering, khaje nasir University.
2 Department of Mechanical Engineering, emam hosein university.
3 faculty of electrical engineering, tarbiat modares university
4 Department of Aerospace Engineering, Imam Hossein University.
چکیده [English]

Controlling the impact time of missiles to the target has great importance in applications such as the cooperative attack of multiple missiles since multiple missiles can be reached a specified point simultaneously. This paper presents a sliding mode based guidance law, to control the impact time against maneuvering targets. At first, by selecting an appropriate switching surface and using nonlinear engagement dynamics, a new sliding mode control has been designed which, the sufficient conditions of its stability are derived using the Lyapunov stability theorem. The sliding surface has been selected such that the line of sight rate and the error of the time to go converge to zero at the same time. By considering the nonlinear dynamic equations of maneuvering targets, this will guarantee to impact the target at the desired time. Unlike the other similar methods, our proposed method does not need the assumptions of small flight path angle and stationary target. Using an engagement simulation model, the effectiveness of the proposed method is shown for different scenarios (static and maneuvering targets) and different impact times. In the end, the comparison results with two similar methods are also presented.
 

کلیدواژه‌ها [English]

  • sliding mode control
  • impact time
  • Guidance law
  • Maneuvering target
[1] M.-J. Tahk, C.-K. Ryoo, H. Cho, Recursive time-to-go estimation for homing guidance missiles, IEEE Transactions on Aerospace and Electronic Systems, 38(1) (2002) 13-24.
[2] H. Cho, C.K. Ryoo, M.-J. Tahk, Closed-form optimal guidance law for missiles of time-varying velocity, Journal of Guidance, Control, and Dynamics, 19(5) (1996) 1017-1022.
[3] C.-K. Ryoo, H. Cho, M.-J. Tahk, Optimal guidance laws with terminal impact angle constraint, Journal of Guidance, Control, and Dynamics, 28(4) (2005) 724-732.
[4] A. Ratnoo, D. Ghose, Impact angle constrained guidance against nonstationary nonmaneuvering targets, Journal of Guidance, Control, and Dynamics, 33(1) (2010) 269-275.
[5] I.-S. Jeon, J.-I. Lee, M.-J. Tahk, Impact-time-control guidance law for anti-ship missiles, IEEE Transactions on control systems technology, 14(2) (2006) 260-266.
[6] I.-S. Jeon, J.-I. Lee, M.-J. Tahk, Homing guidance law for cooperative attack of multiple missiles, Journal of guidance, control, and dynamics, 33(1) (2010) 275-280.
[7] M. Kim, B. Jung, B. Han, S. Lee, Y. Kim, Lyapunov-based impact time control guidance laws against stationary targets, IEEE Transactions on Aerospace and Electronic Systems, 51(2) (2015) 1111-1122.
[8] S.R. Kumar, D. Ghose, Sliding mode control based guidance law with impact time constraints, in:  2013 American Control Conference, IEEE, 2013, pp. 5760-5765.
[9] D. Cho, H.J. Kim, M.-J. Tahk, Nonsingular sliding mode guidance for impact time control, Journal of Guidance, Control, and Dynamics, 39(1) (2015) 61-68.
[10] X. Zhang, M. Liu, Y. Li, Sliding mode control and Lyapunov based guidance law with impact time constraints, Journal of Systems Engineering and Electronics, 28(6) (2017) 1186-1192.
[11] S.R. Kumar, D. Ghose, Impact time guidance for large heading errors using sliding mode control, IEEE Transactions on Aerospace and Electronic Systems, 51(4) (2015) 3123-3138.
[12] S.R. Kumar, D. Ghose, Impact time and angle control guidance, in:  AIAA guidance, navigation, and control conference, 2015, pp. 0616.
[13] X. Chen, J. Wang, Sliding-Mode Guidance for Simultaneous Control of Impact Time and Angle, Journal of Guidance, Control, and Dynamics, 42(2) (2018) 394-401.
[14] H.-G. Kim, D. Cho, H.J. Kim, Sliding mode guidance law for impact time control without explicit time-to-go estimation, IEEE Transactions on Aerospace and Electronic Systems, 55(1) (2018) 236-250.