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基于模糊控制的鱼雷自导组合导引律

穆宝明 程健庆 潘峰

穆宝明, 程健庆, 潘峰. 基于模糊控制的鱼雷自导组合导引律[J]. 水下无人系统学报, 2024, 32(6): 1039-1044 doi: 10.11993/j.issn.2096-3920.2024-0073
引用本文: 穆宝明, 程健庆, 潘峰. 基于模糊控制的鱼雷自导组合导引律[J]. 水下无人系统学报, 2024, 32(6): 1039-1044 doi: 10.11993/j.issn.2096-3920.2024-0073
MU Baoming, CHENG Jianqing, PAN Feng. Combined Homing Guidance Law of Torpedo Based on Fuzzy Control[J]. Journal of Unmanned Undersea Systems, 2024, 32(6): 1039-1044. doi: 10.11993/j.issn.2096-3920.2024-0073
Citation: MU Baoming, CHENG Jianqing, PAN Feng. Combined Homing Guidance Law of Torpedo Based on Fuzzy Control[J]. Journal of Unmanned Undersea Systems, 2024, 32(6): 1039-1044. doi: 10.11993/j.issn.2096-3920.2024-0073

基于模糊控制的鱼雷自导组合导引律

doi: 10.11993/j.issn.2096-3920.2024-0073
详细信息
    作者简介:

    穆宝明(1998-), 男, 在读硕士, 主要研究方向为水下武器系统

  • 中图分类号: TJ630

Combined Homing Guidance Law of Torpedo Based on Fuzzy Control

  • 摘要: 在鱼雷自导导引过程中, 单一导引方法不能适应不同导引阶段, 难以有效保证鱼雷导引效果。为此, 文中结合固定提前角导引法、比例导引法以及变结构导引法等3种不同典型导引方法, 基于模糊控制原理, 设计出一种模糊组合导引律。通过在不同环境下的仿真对比, 结果表明, 模糊组合导引律的综合性能优于其他典型导引律, 可为鱼雷自导导引的实际应用提供借鉴。

     

  • 图  1  鱼雷与目标相对运动关系图

    Figure  1.  Diagram of the relative motion of the torpedo and the target

    图  2  模糊组合导引律设计框图

    Figure  2.  Block diagram of fuzzy combinatorial guidance law design

    图  3  目标非机动时鱼雷导引弹道对比曲线

    Figure  3.  Comparison of guided trajectory curves of the torpedo when the target is non-motorized

    图  4  目标非机动时鱼雷法向指令加速度变化曲线

    Figure  4.  Curves of normal command acceleration of the torpedo when the target is non-motorized

    图  5  目标机动时鱼雷导引弹道对比曲线

    Figure  5.  Comparison of guided trajectory curves of the torpedo when the target is motorized

    图  6  目标机动时鱼雷法向指令加速度变化曲线

    Figure  6.  Curves of normal command acceleration of the torpedo when the target is motorized

    表  1  常用自导导引方法优缺点

    Table  1.   Comparison table of advantages and disadvantages of commonly used guiding methods

    导引方法 优点 缺点
    追踪法 工程上极易实现 弹道弯曲, 浪费航程; 不能实现全向攻击, 只能命中目标尾部
    固定提前角导引法 易于工程实现, 对制导信息精度要求较低 对机动目标跟踪效果较差
    比例导引法 对机动目标跟踪效果较好; 拦截时间短 不能满足终端角约束
    自动调整提前角导引法 对机动目标跟踪效果较好 只适用装备多波束自导装置鱼雷; 雷目较近时弹道弯曲程度大
    最优导引法 对机动目标跟踪效果好; 满足终端角约束 鲁棒性差; 需要估计剩余导引时间
    变结构导引法 对机动目标跟踪效果好; 鲁棒性好; 能满足终端角约束 所需制导信息种类较多; 对制导信息精度要求高; 拦截时间长
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    表  2  导引系数规则库

    Table  2.   Rule base for guidance coefficient

    ${W_A}$ ${W_B}$ ${W_C}$
    r $\dot r$ r $\dot r$ r $\dot r$
    P Z N P Z N P Z N
    PB PB PB PM PB Z Z PS PB Z Z Z
    PM PM PS PS PM PS PM PM PM Z Z PS
    PS PM PS Z PS PM PB PB PS PS PS PM
    Z Z Z Z Z PM PS Z Z PB PB PB
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    表  3  不同语言变量隶属度函数的中心点和宽度

    Table  3.   Centroids and widths of the affiliation functions of different language variables

    i $\mu \left( r \right)$ $\mu \left( {\dot r} \right)$ $\mu \left( {{W_A}} \right)$ $\mu \left( {{W_B}} \right)$ $\mu \left( {{W_C}} \right)$
    $C_r^i\big/{\mathrm{m}}$ $\delta _r^i\big/{\mathrm{m}}$ $C_{\dot r}^i\big/{\mathrm{m}}$ $\delta _{\dot r}^i\big/{\mathrm{m}}$ $C_{{W_A}}^i$ $\delta _{{W_A}}^i$ $C_{{W_B}}^i$ $\delta _{{W_B}}^i$ $C_{{W_C}}^i$ $\delta _{{W_C}}^i$
    1 [400, 500] [0, 500] [0.8, 1.0] [0.8, 1.0] [0.8, 1.0]
    2 400 [300, 500] [–1, 1] 0.7 [0.5, 0.9] 0.7 [0.5, 0.9] 0.7 [0.5, 0.9]
    3 300 [200, 400] 0 [–500, 0] 0.4 [0.2, 0.6] 0.4 [0.2, 0.6] 0.4 [0.2, 0.6]
    4 [0, 300] [0, 0.3] [0, 0.3] [0, 0.3]
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    表  4  目标非机动时鱼雷法向指令加速度平均值和方差对比

    Table  4.   Comparison of mean and variance of normal command acceleration of the torpedo when the target is non-motorized

    导引律 加速度平均值/(m/s2) 加速度方差/(m/s2)2
    固定提前角导引律 −0.173 95 0.014 189
    比例导引律 −0.068 08 0.058 802
    变结构导引律 −0.051 23 3.364 590
    模糊组合导引律 −0.364 49 0.543 573
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    表  5  目标非机动时鱼雷脱靶量、速度交会角和拦截时间对比

    Table  5.   Comparison of off-target volume, velocity intersection angle and intercept time of the torpedo when the target is non-motorized

    导引律 脱靶量/m 速度交会角/(°) 拦截时间/s
    固定提前角导引律 0.097 2 37.496 0 89.04
    比例导引律 0.011 5 11.950 3 83.42
    变结构导引律 0.566 4 97.776 8 124.02
    模糊组合导引律 0.061 4 89.866 8 97.16
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    表  6  目标机动时鱼雷法向指令加速度平均值和方差对比

    Table  6.   Comparison of mean and variance of normal command acceleration of the torpedo when the target is motorized

    导引律 加速度平均值/(m/s2) 加速度方差/(m/s2)2
    比例导引律 −0.425 81 0.054 463
    变结构导引律 −0.222 76 5.273 470
    模糊组合导引律 −0.255 21 1.723 062
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    表  7  目标机动时鱼雷脱靶量、速度交会角和拦截时间对比

    Table  7.   Comparison of off-target volume, velocity intersection angle and intercept time of the torpedo when the target is motorized

    导引律 脱靶量/m 速度交会角/(°) 拦截时间/s
    比例导引律 0.099 1 31.658 5 83.52
    变结构导引律 0.139 5 90.265 8 175.68
    模糊组合导引律 0.235 2 89.836 1 98.64
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出版历程
  • 收稿日期:  2024-04-23
  • 修回日期:  2024-05-15
  • 录用日期:  2024-06-04
  • 网络出版日期:  2024-11-11

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