کاربرد کنترل پیش‌بین مدل آنلاین در هدایت موشک زمین به هوا به منظور رهگیری اهداف مانوردار

نوع مقاله : گرایش دینامیک، ارتعاشات و کنترل

نویسندگان

1 دانشجوی دکتری ، دانشگاه خواجه نصیرالدین طوسی،تهران ، ایران

2 استادیار،دانشکده افسری امام علی (ع)، تهران، ایران

چکیده

مزیت سیستم‌های هدایت و کنترل یکپارچه توانایی آن‌ها در استفاده از تعاملات بین زیرسیستم‌های هدایت و کنترل است. هدایت و کنترل یکپارچه قصد دارد با بهره گیری از هم افزایی بین فرایندهای هدایت و کنترل، عملکرد موشک را افزایش دهد. این مقاله به تشریح روند طراحی و شبیه‌‌سازی عملکرد کنترل‌‌کننده‌‌ پیش بین مدل آنلاین می‌‌پردازد، که به منظور هدایت موشک در یک سناریوی سه بعدی جهت کمینه‌‌سازی زمان برخورد و فاصله عدم برخورد به هدف ایجاد شده ‌‌است. در طراحی کنترل کننده، یک کنترل کننده پیش بین مدل آنلاین طراحی شده است. کنترل‌کننده مدل پیش را در حالت کلی می‌توان به دو روش آنلاین(ضمنی) و آفلاین(صریح) پیاده‌سازی نمود. در پیاده‌سازی نوع آنلاین، مسئله بهینه‌سازی تابع هزینه کنترلی در هر گام زمانی به‌صورت برخط حل شده و جواب این مسئله تعیین‌کننده دستور کنترلی بهینه خواهد بود. این پژوهش برای اولین بار از کنترل پیش‌بین مدل آنلاین در طراحی سیستم هدایت و کنترل یکپارچه موشک زمین به هوا استفاده کرده است. این روش نوآورانه با کاهش فاصله از دست دهی و زمان برخورد در مقایسه با کنترل‌کننده‌های PID و LQR، عملکرد سیستم هدایت و کنترل را بهبود داده است.

چکیده تصویری

کاربرد کنترل پیش‌بین مدل آنلاین در هدایت موشک زمین به هوا به منظور رهگیری اهداف مانوردار

کلیدواژه‌ها

موضوعات


عنوان مقاله [English]

Application of online model predictive control in guidance surface-to-air missiles to intercept maneuvering targets

نویسندگان [English]

  • mohamad mahdi soori 1
  • kazem Imani 2
1 PhD student, Kh. N. T. University, Tehran, Iran
2 Assistant Professor, Imam Ali Officers College, Tehran, Iran
چکیده [English]

The advantage of integrated guidance and control systems is their ability to utilize interactions between guidance and control subsystems. Integrated guidance and control aims to enhance missile performance by utilizing the synergy between guidance and control processes. This paper describes the design and simulation process of an online model predictive controller, which is designed to guide a missile in a three-dimensional scenario to minimize the time to hit and the distance to miss the target. In the controller design, an online model predictive controller is designed. The predictive controller can generally be implemented in two ways: online (implicit) and offline (explicit). In the online implementation, the optimization problem of the control cost function at each time step is solved online and the answer to this problem will determine the optimal control command. This research uses online model predictive control for the first time in the design of an integrated guidance and control system for a surface-to-air missile. This innovative method has improved the performance of the guidance and control system by reducing the loss distance and collision time compared to PID and LQR controllers.

کلیدواژه‌ها [English]

  • Missile
  • Guidance and Control
  • Model Predictive Control
  • Optimization
[1]   Zarchan, P. , Tactical and strategic missile guidance. 2012: American Institute of Aeronautics and Astronautics, Inc. 
[2]   Palumbo, N. F. , R. A. Blauwkamp, and J. M. Lloyd, Basic principles of homing guidance. Johns Hopkins APL Technical Digest, 2010. 29(1): p. 25-41. 
[3]   Harl, N. and S. Balakrishnan, Reentry terminal guidance through sliding mode control. Journal of guidance, control, and dynamics, 2010. 33(1): p. 186-199. doi. org/10. 2514/1. 42654
[4]   Wang, X. H. , C. P. Tan, and L. P. Cheng, Impact time and angle constrained integrated guidance and control with application to salvo attack. Asian Journal of Control, 2020. 22(3): p. 1211-1220. https: //doi. org/10. 1002/asjc. 1991
[5]   Tian, J. , et al. , Integrated guidance and control for missile with narrow field-of-view strapdown seeker. ISA transactions, 2020. 106: p. 124-137. https: //doi. org/10. 1016/j. isatra. 2020. 06. 012
[6]   Sinha, A. , S. R. Kumar, and D. Mukherjee. Integrated guidance and control for dual control interceptors under impact time constraint. in AIAA Scitech 2021 Forum. 2021. https: //doi. org/10. 2514/6. 2021-1463
[7]   Guo, J. , Q. Peng, and Z. Guo, SMC-based integrated guidance and control for beam riding missiles with limited LBPU. IEEE Transactions on Aerospace and Electronic Systems, 2021. 57(5): p. 2969-2978. DOI: 10.1109/TAES.2021.3069035
[8]   Zhao, B. , Z. Feng, and J. Guo, Integral barrier Lyapunov functions-based integrated guidance and control design for strap-down missile with field-of-view constraint. Transactions of the Institute of Measurement and Control, 2021. 43(6): p. 1464-1477. https: //doi. org/10. 1177/014233122098132
[9]   Li, Z. , et al. , Field-to-View Constrained Integrated Guidance and Control for Hypersonic Homing Missiles Intercepting Supersonic Maneuvering Targets. Aerospace, 2022. 9(11): p. 640. https: //doi. org/10. 3390/aerospace9110640
[10]    Fu, Z. , K. Zhang, and S. Yang, Research on three‐dimensional integrated guidance and control design with multiple constraints. International Journal of Aerospace Engineering, 2022. 2022(1): p. 6296770. https: //doi. org/10. 1155/2022/6296770
[11]    Zhou, H. and X. Zhao, Robust Integrated Guidance and Control Design for Angle Penetration Attack of Multimissiles. International Journal of Aerospace Engineering, 2022. 2022(1): p. 9391236. https: //doi. org/10. 1155/2022/9391236
[12]    Liang, X. , et al. , Adaptive NN control of integrated guidance and control systems based on disturbance observer. Journal of the Franklin Institute, 2023. 360(1): p. 65-86. https: //doi. org/10. 1016/j. jfranklin. 2022. 11. 040
[13]    Li, Z. , et al. , Three-dimensional approximate cooperative integrated guidance and control with fixed-impact time and azimuth constraints. Aerospace Science and Technology, 2023. 142: p. 108617. https: //doi. org/10. 1016/j. ast. 2023. 108617
[14]    Dong, Y. , et al. , Research on the Integrated Design of Missile Guidance Control Considering the Angle of Attack Constraint. Academic Journal of Engineering and Technology Science, 2023. 6(2): p. 7-16. DOI: 10. 25236/AJETS. 2023. 060202
[15]    Tang, X. , et al. , Integrated guidance and control with impact angle and general field-of-view constraints. Aerospace Science and Technology, 2024. 144: p. 108809. https: //doi. org/10. 1016/j. ast. 2023. 108809
[16]    Guo, J. , Y. Zhou, and M. Zhou, Adaptive control law based integrated guidance and control design for missile with the radome error compensation. Proceedings of the Institution of Mechanical Engineers, Part G: Journal of Aerospace Engineering, 2024. 238(4): p. 361-371. https: //doi. org/10. 1177/0954410023122407
[17]    S. Ma, A. Li و Z. Wang, “Integrated Guidance and Control for Homing Missiles with Terminal Angular Constraint in Three Dimension Space", IEEE International Conference on Artificial Intelligence and Information Systems, Dalian, China, 2020. DOI: 10. 1109/ICAIIS49377. 2020. 9194808
[18]    Modern control Engineering 5th Edition, by Katsuhiko Ogata,2009. 
[19]    A. Bemporad, "Recent advances in embedded model predictive control," Michigan Engineering, 14 July 2016. [Online]. Available: https: //www. youtube. com/watch?v=ugeCx1sytNU. [Accessed 1 June 2019]. 
[20]    J. L. Garriga and M. Soroush, "Model predictive control tuning methods: A review," Industrial & Engineering Chemistry Research, vol. 49, no. 8, pp. 3505-3515, 2010. https://doi.org/10.1021/ie900323c
[21]    S. S. Keerthi and E. G. Gilbert, "Optimal in fnite-horizon feedback control laws for a general class of constrained discrete-time systems: stability and moving-horizon approximations," Optical Theoryand Applications, vol. 57, p. 265}293, 1988.
[22]    R. Rajamani, "Vehicle dynamics and control," in Mechanical Engineering Series, Springer, 2012, pp. 87-109 & 241-162. 
[23]    J. H. Lee, "Model predictive control: review of the three decades of development," International Journal of Control, Automation and Systems, vol. 9, p. 415–424, 2011. 
[24]    A. Zheng and M. Morari, "Stability of model predictive control with mixed constraints,"IEEE Transactions on Automatic Control, vol. 40, no. 10, pp. 1818-1823, 1995. DOI: 10.1109/9.467664.
دوره 21، شماره 2 - شماره پیاپی 80
تابستان
تیر 1404
صفحه 111-129
  • تاریخ دریافت: 0-1150 فروردین 786
  • تاریخ بازنگری: 0-1114 فروردین 786
  • تاریخ پذیرش: 0-1106 فروردین 786
  • تاریخ انتشار: 02 اسفند 1404