طراحی کنترل‌کننده مود لغزشی با پارامترهای بهینه برای هدایت سه‌بعدی موشک با استفاده از الگوریتم جستجوی هارمونی

نوع مقاله : گرایش دینامیک، ارتعاشات و کنترل

نویسندگان

1 گروه مهندسی برق-کنترل، دانشکده فنی و مهندسی، دانشگاه بین المللی امام خمینی، قزوین، ایران

2 گروه مهندسی مکانیک، دانشکده فنی و مهندسی، دانشگاه بین المللی امام خمینی، قزوین، ایران

چکیده

در این مقاله به طراحی قانون هدایت ناوبری مبتنی بر کنترل مود لغزشی با استفاده از الگوریتم جستجوی هارمونی برای ردیابی هدف دارای مانور در فضای سه­بعدی پرداخته شده است. علی­رغم کارایی بالای قوانین هدایت کلاسیک در ردیابی هدف بدون مانور، برای مواردی که نامعینی و اغتشاش، غیرخطی بودن فرایند دینامیکی و مانور هدف وجود داشت، نیاز به قانون هدایت ناوبری مقاوم احساس گردید. از همین رو از روش کنترل مود لغزشی به­عنوان کنترل­کننده­ای مقاوم برای طراحی قانون هدایت موشک در فضای سه­بعدی استفاده شده است. با کمینه­سازی تابع برازش چند هدفه مجموع وزنی فاصله نسبی میان موشک و هدف و زاویه یاو خط دید توسط الگوریتم جستجوی هارمونی، پارامترهای مود لغزشی به­طور بهینه تعیین شده­اند. به­منظور نشان دادن کارایی و توانایی روش پیشنهادی، نتایج به­دست­آمده با برخی    روش­های هدایت و ناوبری از قبیل هدایت ناوبری تناسبی (PNG) و هدایت ناوبری تناسبی الحاقی (APNG) مقایسه شده است. نتایج        به­دست­آمده نشان­دهنده بهبود عملکرد و کارایی قانون هدایت مبتنی­بر مود لغزشی تنظیم شده نسبت به این روش­های طراحی قانون هدایت می­باشد.

کلیدواژه‌ها


. Locke, A.S. “Guidance: Principles of Guided Missile Design”, Princeton, NJ: Van Nostrand, Vol. 1, 1955.##
2. Lin, C.F.  “Modern Navigation, Guidance, and Control Processing”, Eng. Cliffs, Prentice-Hall, Vol. 2,  pp. 252–413, 1991.##
3. Zarchan, P. “Tactical and Strategic Missile Guidance”, Washington DC: AIAA, Vol. 124, 1990.##
4. Bryson Jr, A.E., Ho, Y.C. “Applied Optimal Control: Optimization, Estimation and Control”, Waltham, MA: Blaisdell, Vol. 22, pp. 148–176, 1969.##
5. Nesline, F.W., Zarchan, P. "A New Look at Classical Vs Modern Homing Missile Guidance", J Guid Control Dyn , Vol. 4, No. 1, pp. 78–85, 1981.##
6. Behnamgol, V., Vali, A. R. and Mohammadi, A. "A New Adaptive Finite Time Nonlinear Guidance Law to Intercept Maneuvering Targets", Aerosp Sci Technol, Vol. 68, No. 1, pp. 416-421, 2017.##
7. Si, Y., Song, S.M. "Adaptive Reaching Law Based Three-Dimensional Finite-Time Guidance Law Against Maneuvering Targets with Input Saturation", Aerosp Sci Technol, Vol. 70, No. 1, pp. 198-210, 2017. ##
8. Junhong, S., Shenmin, S. "Three-Dimensional Guidance Law Based on Adaptive Integral Sliding Mode Control", Chin J Aeron, Vol. 29, No. 1, pp. 202-214, 2016.##
9. Hou, Z., Su, M., Wang, Y. and Liu, L. "A Fuzzy Sliding-Mode Guidance for Intercepting Problem", proc. 19th world congress, the International Federation of Automatic Control, Cape Town, South Africa, Vol. 47, No. 3, pp. 24-29, 2014.##
10. Moosapour, S.S., Moosapour, S.H. "A Novel Optimal Robust Guidance Law Design Based on Extended Kalman Filter", Aerospace Mechanics Journal, Vol. 11, No. 4, pp. 39-48, 2014. (In Persian)##
11. Ghahramani, N., Nazari, M.S. "Constrained Optimal Controller Design for a Flight Vehicle Based on Predictive Control Approach and its Implementation in the Hardware in the Loop Lab", Aerospace Mechanics Journal, Vol. 15, No. 3, pp. 79-92, 2018. (In Persian)##
12. Maopeng, R., Qing, W., Delong, H. and Chaoyang, D. "Backstepping Design of Missile Guidance and Control Based on Adaptive Fuzzy Sliding Mode Control", Chin J Aeron, Vol. 27, No. 3, pp. 634-642, 2014.##
13. Lee, S., Kim, Y., Moon, G. and Jun, B.E. "Adaptive Backstepping Autopilot Design for Missiles of Fast Time-Varying Velocity", IFAC papersOnline, Vol. 49, pp. 474-479, 2016.##
14. Biswas, B., Kumar, S.R. and Maity, A. " Three-Dimensional Nonlinear Impact Angle Guidance for Maneuvering Targets", IFAC-PapersOnLine, Vol. 51, No. 1, pp. 47-52, 2018.##
15. Lee, Y.L., Chen, K.Y., Liao, S.J. "Using Proportional Navigation and a Particle Swarm Optimization Algorithm to Design a Dual Mode Guidance", Comput Electr Eng, Vol. 54, pp. 137-146, 2016.##
16. Gu, W., Zhao, H. and Zhang, R. "A Three-Dimensional Proportional Guidance Law Based on RBF Neural Network", proc. the 7th world congress on Intelligent Control and Automation, Chongqing, China, pp. 25-27, 2008.##
17. Chithapuram, C., Jeppu, Y.V. and Aswani Kumar, Ch. "Artificial Intelligence Guidance For Unmanned Aerial Vehicles in Three Dimensional Space", Int. Conf. on Contemporary Computing and Informatics, India, pp. 1256-1261, 2014.##
18. Dalton, J., Balakrishnan, S.N. "A Neighboring Optimal Adaptive Critic For Missile Guidance", Math Comp Mod, Vol. 23, No. 1, pp. 175–88, 1996.##
19. Chun-Liang, L. "On the Design of a Fuzzy-PD Based Missile Guidance Law", Proc. fourth international conf. on control and automation, pp.7–11, 2003.##
20. Shuang-Quan, L., Li-Ying, Y. "Design of Fuzzy Logic Missile Guidance Law With Minimal Rule Base", Sixth int. conf. on fuzzy systems and knowledge discovery, Vol. 6, pp.176–80, 2009.##
21. Chien-Chun, K., Kuei-Yi, C. "Missile Guidance Algorithm Design Using Particle Swarm Optimization", Trans Canad Soc Mech Eng, Vol. 37, No. 1, pp. 971–979, 2013.##
22. Kuei-Yi, C., Yung-Lung, L., Sheng-Ju, L. and Chien-Chun, K., "The Design of Particle Swarm Optimization Guidance Using LOS Evaluate Method", Comput Electr Eng, Vol. 54, No. C, pp. 59-169, 2016.##
23. Gu, W., Zhao, H. and Zhang, R. "A Three-Dimensional Proportional Guidance Law Based on RBF Neural Network", proc. of the 7th world congress on Intelligent Control and Automation, Chongqing, China, pp. 25-27, 2008.##
24. Chen, B.S., Chen, Y.Y. and Lin, C.L. "Nonlinear Fuzzy H Guidance Law with Saturation of Actuators Against Maneuvering Targets", IEEE Trans Control Syst Technol, Vol. 10, No. 6, pp. 769-779, 2002.##
25. Geem, Z.W., Kim, J.H. and Loganathan, G.V. "A New Heuristic Optimization Algorithm: Harmony Search", J Simul, Vol. 76, No. 2, pp. 60–68, 2001.##
26. Geem, Z.W. “Music-Inspired Harmony Search Algorithm: Theory and Applications”, Studies in Computational Intelligence, Springer-Verlag Berlin Heidelberg, 2009.##
27. Sun, S., Zhou, D., Zhou, J. and Teo, K.L. "A Generalized Design Method for Three-Dimensuonal Guidance Laws", Proc. of the Institution of Mechanical Engineers, Part G: J Aero Eng, Vol. 231, No.1, pp. 47-60, 2017.##
28. Pavic, M., Pavkovic, B. and Cuk, D. "Sliding Mode Guidance of Homing Missles vs. True and Augmented Proportional Navigation", 5th Int. Sci Conf. on Defensive Technol, Belgrade, Serbia, pp. 67-72, 2012.##
29. Moosapour, S.H., Alizadeh, G. "Design of 3-Dimensional Nonlinear Optimal Robust Guidance Law for Homing Missles Against Maneuvering Targets Using Genetic Algorithm", Majlesi J Electr Eng, Vol. 8, No. 1, pp. 45-51, 2014.##