An autopilot design is proposed to control an agile tail-controlled missile system. Traditional autopilot design for the guided missile employs acceleration and rate feedback together with proportional and integral control to stabilize the missile and to track the guidance command signals. However, the gain scheduling method is time-consuming job and it doesn't assure the performance between two linearization points.
Feedback linearization using nonlinear transformation techniques dynamically linearizes nonlinear systems into linear ones. A plant inversion method, one of the feedback linearization techniques, cannot directly adapt to the non-minimum phase system because of the plant inversion characteristics. To avoid the difficulties associated with the non-minimum phase dynamics of missile acceleration, the plant inversion is applied via output redefinition. Output redefinition method is used to transform the non-minimum phase system to the minimum phase system. Output redefinition method gives us an indirect or direct way to obtain the adequate results.
Nonlinear control require an accurate system and aerodynamic model. And at high angle-of-attack region, the large moment and force are generated because of the asymmetric vortex around the nose of missile system. PID error feedback control, on-line neural network and sliding mode control are used to eliminate the approximation error of the models and to stabilize the attitude of missile. The performances of the proposed autopilots are compared and analyzed through numerical simulations.
전통적으로 미사일 자동 조종 장치는 가속도나 각속도 궤환 루프에 PID 제어기를 이용하여 설계되었다. 미사일이 비행하는 모든 영역에서의 성능을 만족시키기 위하여 일반적으로 게인 스케줄링 방법이 사용된다. 게인 스케줄링 방법은 스케줄링 변수에 의해서 정해진 몇 개의 평형 상태에서 선형화된 모델을 사용하여 PID 게인을 설정한 후, 평형 상태들 사이의 구간에서는 설정된 게인을 적절히 조합하는 방법이다. 그러나 이러한 게인 스케줄링 방법은 시간이 많이 요구되고 평형 상태들 사이의 구간에서는 만족할만한 성능을 보장하지 않는다. 특히 고기동 미사일처럼 상태 변수가 빠르게 변하거나 비선형성을 나타내는 시스템에서는 좋은 성능을 얻기 힘들다.
선형 제어의 단점을 보완하기 위해 사용되는 비선형 제어 기법 중 하나인 모델 역변환 기법은 비선형 시스템을 선형 시스템으로 변환시켜준다. 따라서, 비선형 시스템에 선형 제어 기법을 사용할 수 있게 해 주지만, 비최소위상이 발생하는 시스템에 직접 적용할 수 없는 단점이 있다. 출력 재정의 기법은 비최소위상 시스템을 최소위상 시스템으로 변환시켜 이러한 문제를 해결한다. 출력 재정의 기법은 실제 출력을 직접적으로 재정의하는 직접적인 기법과 다른 변수로 변환시킨 후 재정의하는 간접적인 기법으로 시스템에 적용될 수 있다. 또한 비선형 제어 기법은 정확한 모델과 공력 데이터를 요구하기 때문에 비선형성이 심하고 비대칭 와류로 인한 큰 모멘트가 외란으로 존재하는 고앙각 영역에서는 만족할 만한 성능을 얻기 힘들다. 따라서, 모델 불확정성을 보충해주고 외란에 강건한 시스템을 설계하기 위해서는 PID 제어나 실시간 신경망 제어, 슬라이딩 모드 제어 같은 방법들과 같이 사용되어야만 한다. 출력 재정의 기법을 통해 제안된 자동 조종 장치들의 성능을 수치 시뮬레이션을 통해 비교하고 분석하였다.
