طراحی قانون هدایت بهینة غیرخطی برای اهداف با مانور بالا براساس روش معادلات ریکاتی وابسته به حالت

نوع مقاله: مقاله پژوهشی

نویسندگان

1 عضو هیات علمی / مجتمع دانشگاهی مکانیک و هوافضا، دانشگاه صنعتی مالک‌اشتر، اصفهان

2 دانشجوی دکتری / مجتمع دانشگاهی مکانیک و هوافضا، دانشگاه صنعتی مالک‌اشتر، اصفهان

چکیده

در این مقاله با استفاده از روش کنترل بهینه معادلات ریکاتی وابسته به حالت، یک قانون هدایت جدید برای موشک بر علیه اهداف با قابلیت مانور بالا طراحی شده است. دلیل استفاده از روش معادلات ریکاتی وابسته به حالت، عدم نیاز این روش به خطی‌سازی معادلات حاکم بر دینامیک مسئله و ساده‌بودن آن در پیاده‌سازی است. هدف از انجام این تحقیق ارائة قانون هدایتی است که بتواند نقصان قوانین هدایتی کلاسیک را برای اهداف با مانور بالا جبران کند و همچنین مقایسه‌ای بین قوانین هدایتی کلاسیک ناوبری تناسبی و تعقیب محض با قانون هدایتی ارائه‌شده صورت گیرد. گفتنی است معیار بررسی سه قانون مطرح‌شده، مجموع شتاب وارده بر موشک و زمان نهایی مورد نیاز برای اصابت به هدف در نظر گرفته شده است. لذا در سه حالت هدف ثابت، هدف متغیر با سرعت ثابت و هدف متغیر با شتاب (سرعت متغیر) و به ازای شرایط اولیة مختلف این قوانین با هم مقایسه و محدودة کاربردی هر یک مشخص شده است. در پایان با هدف بررسی رفتار قوانین و تعیین وابستگی هر کدام به پارامترهای مختلف، آنالیز حساسیتی به ازای تغییر در پارامترهای اساسی صورت انجام شده است.

کلیدواژه‌ها

موضوعات


عنوان مقاله [English]

Design of nonlinear optimal guidance law for high maneuver targets based on state dependent Riccati equation

نویسندگان [English]

  • Ali-Reza Babaei 1
  • Seyyed Mohammad Reza Setayandeh 2
چکیده [English]

In this study, a new guidance law for high maneuver targets is designed by using state dependent Riccati equation. The reason of using this equation is: no need to linearization of equations and simplification of implementation. The aim of this research is presenting a guidance law that compensate the depletion of classic guidance laws for high maneuver targets and in the second, the comparison among proportional navigation law, pure pursuit law and new guidance law. It is worth noting that the criterions of analyzing are: total of incoming acceleration and required time for hitting the target. So these laws have been compared for fixed target, moving target with constant speed and moving target with variable speed and for different initial conditions. Finally a sensitivity analysis has been done for investigation of laws behavior.

کلیدواژه‌ها [English]

  • Missile
  • guidance law
  • state dependent Riccati equation method

[1] M. H. Sadraei, Flight Control and Stability, 3th Edition, Ayandehgan Publication Institute, 2009. (in Persianفارسی )

[2] A. R. Babaei, M. Mortazavi, New lyapunov stability  theory  based  guidance  law for missiles against maneuvering targets, Aerospace Mechanics Journal, Vol. 2, No. 1, pp. 69-76, 2006. (in Persianفارسی )

[3] N. F. Palumbo, R. A. Blauwkamp, J. M. Lloyd, Modern homing missile guidance theory and techniques, Johns Hopking APL Technical Design, Vol. 29, No.1, pp. 42-60, 2010.

[4] R. Thangavelu, A differential evolution tuned optimal guidance law, Proceedings of the 15th Mediterranean Conference on Control & Automation, 2007.

[5] Jr. Bryson, Linear feedback solutions for minimum effort interception, rendezvous, and soft landing, AIAA Journal, Vol. 3, No. 8, pp. 1542-1544, 1965.

[6] R. G. Cottrell, Optimal intercept guidance for short-range tactical missile, AIAA Journal, Vol. 9, No.7, pp. 1414-1415, 1971.

[7] P. L. Vergez, Linear optimal guidance for an AIM-9L missile, Journal of Guidance, Vol. 4, No. 6, pp. 662-663, 1981.

[8] T. Cimen, State-Dependent riccati equation (SDRE) control: A survey, Proceedings of the 17th World Congress the International Federation of Automatic Control, 2008.

[9] X. Dao-cheng, W. Zhong-wei, Z. Wei-hua, Attitude controller for reentry vehicles using state-dependent riccati equation method, Journal of Central South university, Vol. 20, No. 7, pp. 1861-1867, 2013.

[10] M. H. Shafiei, T. Binazadeh, New approach to nonlinear guidance law design, International Journal of Innovative Computing, Vol. 8, No. 5, pp. 3061-3069, 2012.

[11] S. S. Moosapour, G. Alizadeh, S. Khanmohammadi, H. Moosapour, A novel nonlinear robust guidance law design based on SDRE technique, International Journal of Aeronautical & Space Science, Vol. 13, No. 3, pp. 369-376, 2012.

[12] H. T. Bank, B. M. Lewis, H. T Tran, Nonlinear feedback controllers and compensators: A state-dependent riccati equation approach, Journal of Computational Optimization and Applications, Vol. 37, No. 2, pp. 177-218, 2007.

[13] B. A. Steinfeldt, P. Tsiotras, A state dependent riccati equation approach to atmospheric entry Guidance, AIAA Guidance, Navigation and Control Conference, 2010.

[14] S. Moosapour, G. Alizadeh, S. Khan mohammadi, Three-dimensional optimal robust guidance law design for missile using sliding-mode control and SDRE control, Journal of control, Vol. 6, No. 2, pp. 55-64, 2012. (in Persianفارسی )

[15] M. Bahrami, B. Ebrahimi, J. Roshanian, Optimal sliding-mode guidance law for fixed interval propulsive maneuvers, IEEE International Symposium on Intelligent Control, Vol. 21, No. 2, pp.1014-1018, 2006.