[論文レビュー] Missile Acceleration Controller Design using PI and Time-Delay Adaptive Feedback Linearization Methodology

Chang-Hun Lee, Min-Guk Seo+3 more|arXiv (Cornell University)|Sep 5, 2012

Adaptive Control of Nonlinear Systems参考文献 23被引用数 4

ひとこと要約

本稿では、非最小位相特性およびモデル不確実性に対処するため、フィードバック線形化と時遅れ適応則、PI制御を組み合わせた段階的構造を用いた新規ミサイル加速度制御系を提案する。ミサイル系を最小位相系として近似し、適応補償を適用することで、6DOF非線形シミュレーションにおいてロバストな加速度追従性と安定性が実現された。

ABSTRACT

A straight forward application of feedback linearization to the missile autopilot design for acceleration control may be limited due to the nonminimum characteristics and the model uncertainties. As a remedy, this paper presents a cascade structure of an acceleration controller based on approximate feedback linearization methodology with a time-delay adaptation scheme. The inner loop controller is constructed by applying feedback linearization to the approximate system which is a minimum phase system and provides the desired acceleration signal caused by the angle-of-attack. This controller is augmented by the time-delay adaptive law and the outer loop PI (proportional-integral) controller in order to adaptively compensate for feedback linearization error because of model uncertainty and in order to track the desired acceleration signal. The performance of the proposed method is examined through numerical simulations. Moreover, the proposed controller is tested by using an intercept scenario in 6DOF nonlinear simulations.

研究の動機と目的

• 非最小位相特性およびモデル不確実性のため、標準的なフィードバック線形化がミサイル自動操縦装置に及ぼす制限を解消すること。
• 不確実な動的特性下で運用する戦術ミサイルのためのロバストな加速度制御戦略を開発すること。
• システム不確実性に起因するフィードバック線形化誤差を低減するための適応補償機構を統合すること。
• 高精度な非線形飛行環境において、所望の加速度指令の正確な追従を保証すること。
• 数値シミュレーションおよび6DOF非線形迎撃シナリオによる性能検証を実施すること。

提案手法

• 元の非最小位相ミサイル動的特性を最小位相系に近似するための近似的フィードバック線形化を適用し、制御系設計を実施する。
• 近似系のフィードバック線形化に基づく内側ループ制御系を設計し、所望の迎角指令を生成する。
• モデル不確実性に起因するフィードバック線形化誤差を推定・補償するための時遅れ適応則を導入する。
• 所望の加速度リファレンス信号を追従し、過渡応答を向上させるための外側ループPI制御系を実装する。
• PI制御系が内側ループ線形化系を駆動する段階的制御アーキテクチャを構築し、全体の追従精度を向上させる。
• 明示的なシステム同定を必要としない未モデル化動的特性および外乱の推定に、時遅れ推定技術を活用する。

実験結果

リサーチクエスチョン

• RQ1 顕著なモデル不確実性を有する非最小位相ミサイル系に対して、フィードバック線形化を効果的に適用する方法は何か？
• RQ2 リアルタイムでフィードバック線形化誤差をロバストに補償できる適応機構は何か？
• RQ3 PI制御と時遅れ適応制御の統合が、加速度追従性能にどのように寄与するか？
• RQ4 高精度な6DOF非線形迎撃シミュレーションにおける本手法の性能はいかがなものか？
• RQ5 不確実または変動する飛行条件下でも、本手法は安定性と精度を維持できるか？

主な発見

• 提案された制御系は、非最小位相ミサイル動的特性を最小位相系に近似することで、安定化に成功した。
• 時遅れ適応則は、モデル不確実性に起因するフィードバック線形化誤差を効果的に推定・補償した。
• 段階的PIおよび適応制御構造は、標準的なフィードバック線形化と比較して、加速度追従精度を顕著に向上させた。
• 数値シミュレーションにより、同制御系のパrametric不確実性および外部擾乱に対するロバスト性が確認された。
• 6DOF非線形シミュレーションでは、ミス距離が低減され、安定した飛行動的特性を示す正確な迎撃性能が達成された。
• 本手法は優れた過渡応答および定常状態精度を示し、実際の迎撃シナリオにおける有効性が検証された。