基于微分对策的有限时间自适应动态规划制导研究

论文摘要

导弹作为一种强震慑力的精确制导武器,一直在现代战争中占据着无可替代的作用。微分对策理论起源于军事问题,最初就是因制导系统拦截飞行器等有关机动追击的国防和军事需求而产生的。导弹拦截制导问题中存在着大量连续动态环境下的冲突对抗、竞争合作,而微分对策则融合了现代控制理论与对策论,是一种恰当的处理这种双方或多方竞争对抗的最优控制问题。本文主要研究拦截运动目标的微分对策制导律,根据非线性控制系统有限时间稳定性理论,研究有限时间导引方法。针对微分对策问题中求解困难、系统模型存在不确定性等问题,结合自适应动态规划(Adaptive dynamic programming,ADP)技术在线逼近相关非线性微分方程的解。主要研究内容和方法包括:首先,对于一类非线性仿射连续系统设计了有限时间微分对策控制策略。引入了一个速度函数,构造转换系统,将有限时间性能指标函数转化为常见无限时间性能指标函数。采用神经网络中评价网络的近似性质,设计权值自适应更新律来近似估计系统中控制双方的最优解。此外,在控制律中设计了一个鲁棒项,消除了一般神经网络中估计误差的影响,使得闭环系统在有限时间内达到渐近稳定。其次,考虑一类导弹拦截目标问题,研究有限时间微分对策制导律。应用微分对策理论,建立弹目拦截的非线性模型,将弹目运动微分方程化为非线性仿射方程,推导出双方的一对纳什均衡解。针对制导过程中对快速性的要求,设计了一种具有时变权值和激励函数的评价网络,在线求解双方最优控制策略,满足了末端约束并实现了闭环系统稳定。最后,进一步考虑导弹拦截过程中存在的各种如环境干扰、系统结构不确定等问题,研究有限时间鲁棒微分对策制导律。针对系统中存在的不确定项,将其分解为系统的匹配项与不匹配项,将原系统转化为辅助微分对策非线性仿射系统。利用评价网络推导求解出弹目双方的最优控制策略。设计了一种评价网络权值更新律,不仅可以求解出微分对策控制策略,还消除初始容许控制,放松了持续激励等约束条件。此方法满足了非线性制导系统稳定,并且使系统具有一定的鲁棒性。

论文目录

• 摘要
• abstract
• 第一章 绪论
•   1.1 研究背景及意义
•   1.2 国内外研究现状
•     1.2.1 微分对策
•     1.2.2 自适应动态规划
•     1.2.3 拦截制导律
•   1.3 本文主要内容和章节安排
• 第二章 理论基础简介
•   2.1 引言
•   2.2 微分对策基础理论简介
•     2.2.1 微分对策基本概念
•     2.2.2 微分对策求解方法
•   2.3 自适应动态规划基础理论简介
•     2.3.1 ADP的基本原理
•     2.3.2 ADP算法的发展
•   2.4 本章小结
• 第三章 基于速度函数的有限时间自适应微分对策
•   3.1 引言
•   3.2 问题描述
•   3.3 自适应最优控制律设计
•   3.4 稳定性证明
•   3.5 仿真验证及结果分析
•   3.6 本章小结
• 第四章 基于时变评价网络的有限时间微分对策制导控制
•   4.1 引言
•   4.2 问题描述
•   4.3 微分对策控制策略在线执行
•   4.4 稳定性证明
•   4.5 导弹拦截制导应用
•     4.5.1 导弹-目标拦截制导模型
•     4.5.2 制导律设计
•   4.6 仿真验证及结果分析
•     4.6.1 数字系统仿真
•     4.6.2 制导系统仿真
•   4.7 本章小结
• 第五章 基于ADP的有限时间鲁棒微分对策制导
•   5.1 引言
•   5.2 问题描述
•   5.3 自适应最优控制律设计
•   5.4 稳定性证明
•   5.5 仿真验证及结果分析
•     5.5.1 最优策略机动目标
•     5.5.2 正弦形式机动目标
•   5.6 本章小结
• 第六章 总结与展望
•   6.1 本文工作总结
•   6.2 后续研究工作展望
• 参考文献
• 致谢
• 在学期间的研究成果及发表的学术论文

文章来源

类型: 硕士论文

作者: 陈燕妮

导师: 刘春生

关键词: 微分对策,制导律,有限时间,自适应动态规划,神经网络

来源: 南京航空航天大学

年度: 2019

分类: 基础科学,工程科技Ⅱ辑,信息科技

专业: 数学,武器工业与军事技术,自动化技术

单位: 南京航空航天大学

分类号: TJ765.3;O231

DOI: 10.27239/d.cnki.gnhhu.2019.000209

总页数: 78

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