基于微分对策的有限时间自适应动态规划制导研究

• 作 者: 陈燕妮
• 出 处: 南京航空航天大学
• 发表日期: 2019年01期
• 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

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。