一种水下航行器制导控制方法及系统

1.本发明属于水下航行器控制领域，具体涉及一种水下航行器制导控制方法及系统。

背景技术：

2.当进行水下目标打击、拦截任务时，水下航行器需要面临包括外界未知海浪/海流干扰、恶劣的水声条件在内复杂多变的海洋环境，为水下航行器实现对目标的精确命中带来了挑战，主要表现为如下方面：首先，水下航行器在复杂的水下环境中航行，严苛的海洋环境将会对系统的正常运行带来不确定干扰，使系统的稳定性受到影响；同时，由于来袭目标航速高、机动性强，可供拦截的时间很短，如果不考虑系统的滞后，将会导致脱靶量较大，造成拦截任务的失败。因此，为了实现对目标的成功拦截，需要水下航行器的制导控制系统具有较快的响应速度，且能够对外界干扰具有鲁棒性。
3.为了使水下航行器成功命中目标，经典的制导控制方法是将制导系统与控制系统视作两个独立的系统，制导系统根据水下航行器与目标的相对运动关系，计算出所需要的制导指令；控制系统产生实际的舵令使水下航行器跟踪制导指令。上述方法只利用了各自系统的信息，忽略了制导控制系统之间的耦合性。由于制导回路与控制回路之间存在很强的耦合和关联，当水下航行器与目标相对距离较近时姿态变化剧烈，会引起响应滞后的问题，导致脱靶量较大，命中精度变差，该问题在弹道末端尤为突出。为了提高命中精度，充分发挥水下航行器的目标打击能力，制导控制一体化设计方法近年来得到了广泛的关注。制导控制一体化方法的思路是将制导与控制系统作为一个整体，利用相对运动关系和模型动态特性直接产生控制指令。由于制导控制一体化方法考虑了制导系统和控制系统之间的耦合关系，使航行器对目标打击的命中精度以及快速性均能够得到提高并增加命中概率。
4.制导控制一体化设计方法充分考虑了制导系统和控制系统之间的耦合关系，得到了广泛研究与关注，已成功用于空间飞行器制导控制领域，并且在水下航行器领域也有了初步的研究结果。目前，制导控制一体化控制方法多集中于使系统渐近收敛于平衡点，理论上收敛时间无穷大，对实际问题没有意义，因此需要提高控制系统的实时性，加快收敛速度。

技术实现要素：

5.本发明的目的在于克服现有技术计算水下航行器受外界干扰时收敛时间过长，无法满足实际航行所需计算时间的缺陷。
6.为了实现上述目的，本发明提出了一种水下航行器制导控制方法，所述方法包括：
7.步骤1：建立水下航行器制导控制一体化模型；
8.步骤2：构造全局滑模函数；
9.步骤3：建立事件触发控制器，利用所述全局滑模函数计算控制信号，判断事件触发控制器是否满足触发条件，若满足触发条件则更新直舵控制指令。
10.作为上述方法的一种改进，所述步骤1具体包括：
11.建立水下航行器制导控制一体化模型如下：
[0012][0013][0014][0015]
其中，定义大地坐标系下北向为x轴，东向为y轴；基准线xo平行于x轴且与x 轴的正向同方向；
[0016]
状态变量状态变量x2＝β，状态变量x3＝ωy；各参数定义为：
[0017][0017][0017][0018]
其中，r为水下航行器与目标的相对距离，为r的一阶时间导数；β为水下航行器侧滑角，ωy为水下航行器旋转角速度；va为水下航行器的速度矢量；kj为转动惯量；常数k
zβ
，k
zδ
，k
zω
，k
myβ
，k
myδ
，k
myω
为各变量之间的相关系数；常数λ
33
、λ
35
为流体动力系数；常数t为水下航行器纵轴方向所受推力；δr为直舵控制指令；视线角q为目标的瞄准线与攻击平面内基准线xo的夹角；
[0019]
常数其中，m为水下航行器质量；
[0020]
δq为水下航行器受到的干扰，定义为：
[0021][0022]
其中，σa与σ
t
分别为水下航行器、目标速度矢量与基准线之间的夹角，为σa的一阶时间导数，为σ
t
的一阶时间导数；v
t
为目标的速度矢量；
[0023]
控制目标为设计直舵控制指令δr的事件触发器，使水下航行器制导控制一体化模型的状态变量x1收敛至一个关于零点的可调残集内。
[0024]
作为上述方法的一种改进，所述步骤2具体包括：
[0025]
建立全局滑模函数s(x,t)：
[0026][0027]
其中，t为时间，误差信号常数ci》0，i＝1,2；参数ci使特征方程p2+c2p+c1＝0的所有解均具有负实部特征根，p为拉普拉斯算子；
[0028]
非线性时间函数s0(t)通过下式构造：
[0029][0030]
其中，给定设计参数a1、b1、b2、b3(b2≠b3)，对下式求解得到设计参数tf：
[0031][0032]
作为上述方法的一种改进，所述步骤3具体包括：
[0033]
建立事件触发控制器为：
[0034][0035]
其中，为控制信号，t表示时间；在t＝tk时刻的值为
[0036][0037]
其中，设计参数：常数k
vs
＞0，ks＞0，0＜αs＜1；常数表示|δq|的最大值； sign(
·
)为变量
·
的符号函数；
[0038]
事件触发条件设计为：
[0039][0040]
其中，δ为测量误差，δ为测量误差，表示记录控制器触发时刻的下标，设计参数c,d,γ＞0为常数，0＜δ＜1为常数；inf表示下确界；
[0041]
根据控制信号与tk时刻的差值，即测量误差的绝对值|δ|，判断控制器是否满足所设计的触发条件；若满足触发条件，满足触发条件的时刻记录为t
k+1
，直舵控制指令更新为：
[0042][0043]
若不满足触发条件，直舵控制指令保持为
[0044]
本发明还提供一种水下航行器制导控制系统，所述系统包括：
[0045]
制导控制一体化模型模块，用于建立水下航行器制导控制一体化模型；
[0046]
滑模函数模块，用于构造全局滑模函数；和
[0047]
制导控制模块，用于建立事件触发控制器，利用所述全局滑模函数计算控制信号，判断事件触发控制器是否满足触发条件，若满足触发条件则更新直舵控制指令。
[0048]
本发明还提供一种计算机设备，包括存储器、处理器及存储在所述存储器上并可在所述处理器上运行的计算机程序，所述处理器执行所述计算机程序时实现如上述任一项所述的方法。
[0049]
本发明还提供一种计算机可读存储介质，所述计算机可读存储介质存储有计算机程序，所述计算机程序当被处理器执行时使所述处理器执行如上述任一项所述的方法。
[0050]
与现有技术相比，本发明的优势在于：
[0051]
1、本发明的方法利用利用全局滑模函数对控制器进行设计，可以使视线角速度误差有限时间内收敛至零点附近，实现水下航行器对来袭目标的拦截，减小通信、执行器操纵的次数，节约系统资源，并提高控制精度。
[0052]
2、本发明能够使水下航行器事件触发制导控制一体化系统有限时间收敛，加快航行器响应速度，提高拦截概率。
附图说明
[0053]
图1所示为水下航行器制导控制方法流程图；
[0054]
图2所示为水下航行器与目标的相对位置示意图；
[0055]
图3所示为采用事件触发滑模控制器时水下航行器的状态曲线(水下航行器弹道倾角)图；
[0056]
图4所示为采用事件触发滑模控制器时水下航行器的状态曲线(水下航行器侧滑角)图；
[0057]
图5所示为采用事件触发滑模控制器时水下航行器的状态曲线(水下航行器偏航角速度)图；
[0058]
图6所示为水下航行器(aov)与目标(target)运动轨迹示意图；
[0059]
图7所示为目标航向角示意图；
[0060]
图8(a)，图8(b)所示为视线角与相对距离示意图；
[0061]
图9所示为事件触发滑模控制器(事件触发间隔)示意图。
具体实施方式
[0062]
下面结合附图对本发明的技术方案进行详细的说明。
[0063]
本发明提出了水下航行器事件触发制导控制一体化设计方法，能够使系统有限时间收敛，加快航行器响应速度，提高拦截概率。
[0064]
本发明的实施方法包括：
[0065]
1)获取tk时刻欠驱动水下航行器与来袭目标的相对位置信息、速度信息、姿态信息和角速度信息；
[0066]
2)计算tk时刻的视线角速度误差，并由此设计t
k+1
时刻的全局滑模函数；
[0067]
3)利用全局滑模函数，计算连续信号并得到tk时刻的控制信号
[0068]
4)根据控制信号与tk时刻的差值，即测量误差的绝对值|δ|，判断控制器是否满足所设计的触发条件；
[0069]
5)若不满足触发条件，直舵控制指令保持为
[0070]
若满足触发条件，满足触发条件的时刻记录为t
k+1
，控制推力更新为
[0071]
如图1所示，本发明的具体实施步骤如下：
[0072]
步骤1：建立水下航行器制导控制一体化模型。
[0073]
首先建立水下航行器与目标的相对运动关系方程。考虑到目标的深度范围变化不大，假定水下航行器与目标始终在同一平面内运动。在某一时刻，目标位于tg点，水下航行器位于a点，在上述的假设条件下，可以建立水下航行器与目标的极坐标相对运动关系。为了便于描述相对运动关系，定义如下变量：
[0074]
定义大地坐标系下北向为x轴，东向为y轴；基准线xo平行于x轴且与x轴的正向同方向；所有角度的起始边均为xo，且以从xo逆时针转至邻边(北偏西)为角度正方向；r为水下航行器与目标的相对距离，r
min
＞0为给定的最大脱靶量，|r|＜r
min
时，可以认为水下航行器实现了对目标的拦截；水下航行器所在的点a与目标所在的点tg之间的连线称为目标的瞄准线；q为目标的瞄准线与攻击平面内基准线xo的夹角，称为目标的视线角；σa与σ
t
分别为水下航行器、目标速度矢量与基准线之间的夹角，称为水下航行器弹道倾角和目标航向角；ηa为水下航行器的速度矢量与目标瞄准线之间的夹角，称为水下航行器速度矢量的提前角；η
t
为目标的速度矢量与目标瞄准线之间的夹角，称为目标速度矢量的提前角；从水下航行器速度方向va逆时针转向瞄准线r为ηa的正方向，从目标速度方向v
t
逆时针转向瞄准线r为η
t
的正方向。
[0075]
根据图2所示的水下航行器与目标的相对运动关系，可以建立二者的相对运动方程。将水下航行器的速度矢量va与目标的速度矢量v
t
分别沿目标视线方向及其法线方向上分解，可以得到描述水下航行器与目标相对距离变化率和目标视线角变化率的相对运动方程如下：
[0076][0077]
将式(1)的最后两个方程代入式(1)的前两个方程可得：
[0078][0079]
根据式(2)的推导，可以得到水下航行器与目标的相对运动方程为：
[0080][0081]
将式(3)对时间求导，可得：
[0082][0083]
为σa的一阶时间导数，为σ
t
的一阶时间导数；
[0084]
通常情况下，水下航行器与目标的航行速度几乎不变，二者进行机动时只改变速度的方向，因此可以认为将式(3)代入式(4)，化简得到：
[0085][0086]
由于目标的运动学特性往往是不精确的，而且当目标机动时其运动要素不能被水下航行器获取，定义干扰δq为：
[0087][0088]
其中，式(6)等号右侧第一项为关于水下航行器视线角q与弹道倾角σa的误差项；第二项为无法精确测量的关于目标t机动信息的运动要素。
[0089]
利用式(6)，可将式(5)中第二个方程等价为：
[0090][0091]
水下航行器侧向通道动力学模型为：
[0092][0093][0094][0095]
σa＝ψ
a-β
ꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀ
(11)
[0096]
式(8)-式(11)中，δr为待设计的直舵控制指令；变量ψ为偏航角，β为侧滑角，ωy为旋转角速度；常数m为水下航行器质量，kj为转动惯量；常数k
zβ
，k
zδ
，k
zω
， k
myβ
，k
myδ
，k
myω
为各变量之间的相关系数；常数λ
33
，λ
35
为流体动力系数；常数t 为水下航行器纵轴方向所受推力。
[0097]
将式(11)两侧对时间变量t求导易知：
[0098][0099]
将式(12)分别代入式(8)、式(9)的最后一项可得：
[0100][0101][0102]
将式(14)代入式(13)，可知弹道倾角与直舵控制指令的数学关系为：
[0103][0104]
定义常数式(15)等价为：
[0105][0106]
结合式(16)与式(12)，可知侧滑角与直舵控制指令的数学关系为：
[0107][0108]
将式(16)代入式(14)最后一项，可知航向角速度与直舵控制指令的数学关系为：
[0109][0110]
为了得到视线角速度与直舵控制指令的数学关系，将式(16)代入式(7)可得：
[0111][0112]
其中，状态变量对x1求导并结合式(19)可得：
[0113][0114]
选取状态变量x2＝β，x3＝ωy，结合式(17)、(18)与(20)，可以建立水下航行器制导控制一体化状态空间模型为：
[0115][0116]
其中，状态向量x＝[x1,x2,x3]
t
，向量各参数定义为：
[0117]
[0118]
为了便于控制器的推导与分析，做出如下假设：
[0119]
假设1.广义扰动δq有界，存在已知常数满足其中 max(|δq|)表示|δq|的最大值。
[0120]
注释1：由于系统在建模时忽略的都是高阶小量，且目标机动能力有限，视线角与水下航行器弹道倾角相差不大，cos(q-σa)≈1，因此δq可以满足假设1。
[0121]
可将式(21)展开为：
[0122][0123]
经过上述推导，控制目标可以转化为设计关于直舵控制指令δr的事件触发控制器，使系统(22)的状态x1收敛至一个关于零点的可调残集内。
[0124]
步骤2：构造全局滑模函数。
[0125]
定义非线性时间函数：
[0126][0127]
其中，设计参数常数aj,bj》0，j＝1,2,3；误差信号常数ci》0， i＝1,2；需选取设计参数ci使特征方程
[0128]
p2+c2p+c1＝0
ꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀ
(24)
[0129]
的所有解均具有负实部特征根，p为拉普拉斯(laplace)算子。
[0130]
利用式(23)构造全局滑模函数：
[0131][0132]
注意到s0(t)的引入是为了减少并尽可能地消除滑模控制器的趋近模态，使闭环系统从初始时刻就能够处于滑动模态运动阶段，能够增强系统鲁棒性。为了达到这一目的，设计参数选取必须满足以下两个条件：
[0133]
1.全局滑模边界条件即：
[0134]
a1+a2+a3＝1
ꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀ
(26)
[0135]
2.存在0＜tf＜∞，使s0(t)＝0；从而系统能够在有限时间tf内到达滑模面，因此：
[0136][0137]
对于一组给定的设计参数a1、b1、b2、b3，可以通过式(27)求解a2和a3，再利用式(25)
构造全局滑模函数。由式(26)与式(27)可知，在t＝tf满足：
[0138][0139]
利用式(28)易得：
[0140][0141]
代入式(23)可得：
[0142][0143]
从而由式(30)定义的非线性时间函数可以满足上述全局滑模条件。
[0144]
此外，为了保证s0(t)全局可导，即：
[0145][0146]
式(31)结合式(30)可知：
[0147][0148]
上式等价于：
[0149][0150]
以上分析表明，在给定设计参数a1、b1、b2、b3(b2≠b3)后，首先利用式(32) 对tf求解，并通过式(30)构造非线性时间函数，最终将以上结果代入式(25)可构造系统全局滑模函数。
[0151]
步骤3：根据事件触发控制信号，更新控制推力。
[0152]
定义控制信号在tk时刻的值为测量误差为事件触发条件设计为：
[0153][0154]
其中，表示记录控制器触发时刻的下标，t0＝0为初始时刻；设计参数 c,d,
γ＞0为常数，0＜δ＜1为常数；inf表示下确界。
[0155]
分段连续的事件触发控制器设计为：
[0156][0157]
连续信号：
[0158][0159]
其中，sign(
·
)为变量
·
的符号函数；设计参数：设计参数：k
vs
＞0，ks＞0，0＜αs＜1，常数 max(|δq|)表示|δq|的最大值。
[0160]
步骤四：闭环系统稳定性分析。
[0161]
在后续的控制系统分析中将涉及到如下定义与引理：
[0162]
引理1.如果存在常数a＞1，b＞1，使(a-1)(b-1)＝1，那么对于任意的c＞0，式(36)成立。
[0163][0164]
引理2.对于任意的ε＞0，0＜α＜1，式(37)成立。
[0165][0166]
定义1(有限时间收敛)考虑系统
[0167][0168]
其中，为开区域u上对x的连续函数。对存在一个连续函数t(x):u0\{0}
→
(0,+∞)，使式(38)的解x(t,x0)满足：当t∈[0,t(x0))时，有且当t＞t(x0)时x(t,x0)＝0，则x将在有限时间t(x0)内从状态x0收敛至0。
[0169]
引理3.考虑由式(38)描述的系统，假设存在连续可微的正定函数正实数c1,c2＞0和α∈(0,1)，以及包含原点的开邻域使得下列条件成立：
[0170][0171]
则系统(38)有限时间稳定。若且v(x)是径向无界的，则系统(38) 是全局有限时间稳定的，收敛时间满足：
[0172][0173]
此外，若存在0＜η＜∞，满足：
[0174][0175]
则系统是有限时间稳定的，且状态轨迹收敛于集合：
[0176][0177]
其中0＜c0＜1。收敛时间满足：
[0178][0179]
上述提出的输出反馈事件触发控制器闭环系统稳定性分析可总结为定理1。
[0180]
定理1.考虑满足假设1和假设2的水下制导控制一体化模型式(22)，结合式(33)-式(35)设计事件触发控制器，可保证闭环系统有限时间稳定，且状态误差能够在有限时间内收敛于包含原点的任意小可调邻域内。
[0181]
证明：将s(x,t)简写为s，定义lyapunov函数：
[0182][0183]
将式(44)沿式(25)求导，并将式(34)代入可得：
[0184][0185]
注意到测量误差为根据假设1可知
[0186]
将式(35)代入式(45)可得：
[0187][0188]
利用引理1可知：
[0189][0190]
利用引理2可得：
[0191][0192]
由于设计参数因此
[0193]
将式(47)和式(48)结合式(46)可得：
[0194][0195]
选取合适的设计参数k
vs
＞0、ks＞0，使常数结合式(44) 可知则式(49)可改写为：
[0196][0197]
此外，根据式(33)和式(34)可知，全局有界，定义常数
[0198]
将式(50)结合引理3可得：
[0199][0200]
因此，系统是有限时间稳定的，且状态轨迹收敛于集合：
[0201][0202]
其中0＜c0＜1。收敛时间满足：
[0203][0204]
将式(52)结合式(24)、式(25)和式(30)可知，系统状态x1最终收敛于一个关于原点的非零残集中，且通过调节设计参数k
vs
和ks可使该残集足够小，满足所需的控制性能。
[0205]
由于r＞0，因此可以有限时间收敛于关于原点的可调邻域内，即水下航行器能够在有限时间内实现对目标的拦截。证毕。
[0206]
步骤5：仿真验证
[0207]
该部分通过数字仿真验证算法有效性。
[0208]
考虑水下航行器侧向通道模型，水下航行器的初始位置为(0,0)m，初始姿态为ψa(0)＝σa(0)＝20
°
，β(0)＝0
°
，ωy(0)＝0rad/s，航速为va＝15m/s；来袭目标初始位置为(1000,-1000)m，初始弹道倾角为σ
t
(0)＝232.6
°
，航速为v
t
＝18m/s，不可测机动角速度为ω
t
＝1.5cos(1+0.1t)
°
/s。
[0209]
控制器设计参数为：c1＝12，c2＝2，a1＝0.5、b1＝150、b2＝100、b3＝10， tf＝0.011，k
vs
＝5，ks＝2，αs＝0.7；将舵角限幅为|δr|≤15
°
。事件触发控制器设计参数为：γ＝10，c＝1，d＝0.05，δ＝0.1。
[0210]
利用所设计的事件触发滑模控制器，仿真结果如图3-图9所示。由如图3可知，采用所设计的控制器，可以确保水下航行器的状态全局有界。图6为水下航行器与目标的运动轨迹，结合图7、8可知，水下航行器能以较小的脱靶量实现对目标的拦截。注意到水下航行器无法测量目标机动，因此导致了图6中水下航行器与目标距离变小时弹道的弯曲。根据图9中的事件触发间隔可知，所提出的事件触发控制器具有大于零的触发间隔，避免了zeno现象的发生。
[0211]
本发明还可提供的一种计算机设备，包括：至少一个处理器、存储器、至少一个网络接口和用户接口。该设备中的各个组件通过总线系统耦合在一起。可理解，总线系统用于实现这些组件之间的连接通信。总线系统除包括数据总线之外，还包括电源总线、控制总线和状态信号总线。
[0212]
其中，用户接口可以包括显示器、键盘或者点击设备(例如，鼠标，轨迹球(trackball)、触感板或者触摸屏等。
[0213]
可以理解，本技术公开实施例中的存储器可以是易失性存储器或非易失性存储器，或可包括易失性和非易失性存储器两者。其中，非易失性存储器可以是只读存储器(read-only memory，rom)、可编程只读存储器(programmable rom，prom)、可擦除可编程只读存储器(erasable prom，eprom)、电可擦除可编程只读存储器 (electrically eprom，eeprom)或闪存。易失性存储器可以是随机存取存储器 (random access memory，ram)，其用作外部高速缓存。通过示例性但不是限制性说明，许多形式的ram可用，例如静态随机存取存储器(static ram，sram)、动态随机存取存储器(dynamic ram，dram)、同步动态随机存取存储器(synchronousdram，sdram)、双倍数据速率同步动态随机存取存储器(double data rate sdram， ddrsdram)、增强型同步动态随机存取存储器(enhanced sdram，esdram)、同步连接动态随机存取存储器(synchlink dram，sldram)和直接内存总线随机存取存储器(direct rambus ram，drram)。本文描述的存储器旨在包括但不限于这些和任意其它适合类型的存储器。
[0214]
在一些实施方式中，存储器存储了如下的元素，可执行模块或者数据结构，或者他们的子集，或者他们的扩展集：操作系统和应用程序。
[0215]
其中，操作系统，包含各种系统程序，例如框架层、核心库层、驱动层等，用于实现
各种基础业务以及处理基于硬件的任务。应用程序，包含各种应用程序，例如媒体播放器(media player)、浏览器(browser)等，用于实现各种应用业务。实现本公开实施例方法的程序可以包含在应用程序中。
[0216]
在本上述的实施例中，还可通过调用存储器存储的程序或指令，具体的，可以是应用程序中存储的程序或指令，处理器用于：
[0217]
执行上述方法的步骤。
[0218]
上述方法可以应用于处理器中，或者由处理器实现。处理器可能是一种集成电路芯片，具有信号的处理能力。在实现过程中，上述方法的各步骤可以通过处理器中的硬件的集成逻辑电路或者软件形式的指令完成。上述的处理器可以是通用处理器、数字信号处理器(digital signal processor，dsp)、专用集成电路(application specificintegrated circuit，asic)、现场可编程门阵列(field programmable gate array，fpga) 或者其他可编程逻辑器件、分立门或者晶体管逻辑器件、分立硬件组件。可以实现或者执行上述公开的各方法、步骤及逻辑框图。通用处理器可以是微处理器或者该处理器也可以是任何常规的处理器等。结合上述公开的方法的步骤可以直接体现为硬件译码处理器执行完成，或者用译码处理器中的硬件及软件模块组合执行完成。软件模块可以位于随机存储器，闪存、只读存储器，可编程只读存储器或者电可擦写可编程存储器、寄存器等本领域成熟的存储介质中。该存储介质位于存储器，处理器读取存储器中的信息，结合其硬件完成上述方法的步骤。
[0219]
可以理解的是，本发明描述的这些实施例可以用硬件、软件、固件、中间件、微码或其组合来实现。对于硬件实现，处理单元可以实现在一个或多个专用集成电路 (application specific integrated circuits，asic)、数字信号处理器(digital signalprocessing，dsp)、数字信号处理设备(dsp device，dspd)、可编程逻辑设备 (programmable logic device，pld)、现场可编程门阵列(field-programmable gate array， fpga)、通用处理器、控制器、微控制器、微处理器、用于执行本技术所述功能的其它电子单元或其组合中。
[0220]
对于软件实现，可通过执行本发明的功能模块(例如过程、函数等)来实现本发明技术。软件代码可存储在存储器中并通过处理器执行。存储器可以在处理器中或在处理器外部实现。
[0221]
本发明还可提供一种非易失性存储介质，用于存储计算机程序。当该计算机程序被处理器执行时可以实现上述方法实施例中的各个步骤。
[0222]
最后所应说明的是，以上实施例仅用以说明本发明的技术方案而非限制。尽管参照实施例对本发明进行了详细说明，本领域的普通技术人员应当理解，对本发明的技术方案进行修改或者等同替换，都不脱离本发明技术方案的精神和范围，其均应涵盖在本发明的权利要求范围当中。

技术特征：

1.一种水下航行器制导控制方法，所述方法包括：步骤1：建立水下航行器制导控制一体化模型；步骤2：构造全局滑模函数；步骤3：建立事件触发控制器，利用所述全局滑模函数计算控制信号，判断事件触发控制器是否满足触发条件，若满足触发条件则更新直舵控制指令。2.根据权利要求1所述的水下航行器制导控制方法，其特征在于，所述步骤1具体包括：建立水下航行器制导控制一体化模型如下：建立水下航行器制导控制一体化模型如下：建立水下航行器制导控制一体化模型如下：其中，定义大地坐标系下北向为x轴，东向为y轴；基准线x
o
平行于x轴且与x轴的正向同方向；状态变量状态变量x2＝β，状态变量x3＝ω
y
；各参数定义为：各参数定义为：各参数定义为：其中，r为水下航行器与目标的相对距离，为r的一阶时间导数；β为水下航行器侧滑角，ω
y
为水下航行器旋转角速度；v
a
为水下航行器的速度矢量；k
j
为转动惯量；常数k
zβ
，k
zδ
，k
zω
，k
myβ
，k
myδ
，k
myω
为各变量之间的相关系数；常数λ
33
、λ
35
为流体动力系数；常数t为水下航行器纵轴方向所受推力；δ
r
为直舵控制指令；视线角q为目标的瞄准线与攻击平面内基准线x
o
的夹角；常数其中，m为水下航行器质量；δ
q
为水下航行器受到的干扰，定义为：其中，σ
a
与σ
t
分别为水下航行器、目标速度矢量与基准线之间的夹角，为σ
a
的一阶时间导数，为σ
t
的一阶时间导数；v
t
为目标的速度矢量；控制目标为设计直舵控制指令δ
r
的事件触发器，使水下航行器制导控制一体化模型的状态变量x1收敛至一个关于零点的可调残集内。3.根据权利要求2所述的水下航行器制导控制方法，其特征在于，所述步骤2具体包括：建立全局滑模函数s(x,t)：
其中，t为时间，误差信号常数c
i
>0，i＝1,2；参数c
i
使特征方程p2+c2p+c1＝0的所有解均具有负实部特征根，p为拉普拉斯算子；非线性时间函数s0(t)通过下式构造：其中，给定设计参数a1、b1、b2、b3(b2≠b3)，对下式求解得到设计参数t
f
：4.根据权利要求3所述的水下航行器制导控制方法，其特征在于，所述步骤3具体包括：建立事件触发控制器为：其中，为控制信号，t表示时间；在t＝t
k
时刻的值为时刻的值为其中，设计参数：常数k
vs
＞0，k
s
＞0，0＜α
s
＜1；常数max(|δ
q
|)表示|δ
q
|的最大值；sign(
·
)为变量
·
的符号函数；事件触发条件设计为：其中，δ为测量误差，δ为测量误差，表示记录控制器触发时刻的下标，设计参数c,d,γ＞0为常数，0＜δ＜1为常数；inf表示下确界；根据控制信号与t
k
时刻的差值，即测量误差的绝对值|δ|，判断控制器是否满足所设计的触发条件；若满足触发条件，满足触发条件的时刻记录为t
k+1
，直舵控制指令更新为：若不满足触发条件，直舵控制指令保持为
5.一种水下航行器制导控制系统，所述系统包括：制导控制一体化模型模块，用于建立水下航行器制导控制一体化模型；滑模函数模块，用于构造全局滑模函数；和制导控制模块，用于建立事件触发控制器，利用所述全局滑模函数计算控制信号，判断事件触发控制器是否满足触发条件，若满足触发条件则更新直舵控制指令。6.一种计算机设备，包括存储器、处理器及存储在所述存储器上并可在所述处理器上运行的计算机程序，其特征在于，所述处理器执行所述计算机程序时实现如权利要求1至4中任一项所述的方法。7.一种计算机可读存储介质，其特征在于，所述计算机可读存储介质存储有计算机程序，所述计算机程序当被处理器执行时使所述处理器执行如权利要求1至4任一项所述的方法。

技术总结

本发明提供了一种水下航行器制导控制方法及系统，所述方法包括：建立水下航行器制导控制一体化模型；构造全局滑模函数；建立事件触发控制器，利用所述全局滑模函数计算控制信号，判断事件触发控制器是否满足触发条件，若满足触发条件则更新直舵控制指令。本发明的优势在于：本发明的方法利用利用全局滑模函数对控制器进行设计，可以使视线角速度误差有限时间内收敛至零点附近，实现水下航行器对来袭目标的拦截，减小通信、执行器操纵的次数，节约系统资源，并提高控制精度。本发明能够使水下航行器事件触发制导控制一体化系统有限时间收敛，加快航行器响应速度，提高拦截概率。提高拦截概率。提高拦截概率。