为提高导引头稳定平台抗扰性, 提出了一种导引头稳定平台的扰动补偿及改进滑模控制策略。首先根据扰动特点将扰动分为摩擦力矩和“剩余扰动”两部分, 基于Stribeck摩擦模型辨识摩擦参数, 并进行摩擦力矩补偿; 采用扩张高增益观测器对“剩余扰动”进行估计, 并给出了扩张高增益观测器的收敛条件。然后设计了改进滑模控制器作为稳定回路的控制器实现伺服控制, 采用Lyapunov函数证明其稳定性。最后, 搭建测试系统分别进行了稳定平台性能测试和导引头性能测试, 用于验证跟踪和抗扰效果。实验结果表明, 跟踪1 (°)/s的梯形波时, 提出的控制器有效地补偿了摩擦, 同时稳态精度提高了0.032 8 (°)/s; 给定三轴转台典型幅值和频率扰动下, 采用提出的控制器时系统隔离度至少提高了0.57%。表明提出的控制器改善了系统抗扰性。

为了反应真实导引头在隔离度作用下的输出特性, 提出了一种基于隔离度寄生回路的导引头传递函数概念及测试方法。通过建立导引头隔离度模型, 推导了不同干扰力矩作用下的隔离度传递函数, 对隔离度寄生回路稳定域进行分析, 并得到了寄生回路失稳频率变化规律。建立了包含寄生回路的真实导引头传递函数模型, 对真实导引头传递函数的频域特性和时域特性进行了仿真分析。最后, 提出了基于寄生回路的导引头传递函数半实物仿真测试方法, 通过测试从而得到真实导引头模型, 提高导引头系统建模的准确性。

为了提高导引头稳定平台抗扰性及速度稳态跟踪性能, 提出了一种基于扩张状态观测器(Extended State Observer, ESO)的双积分滑模控制器 (Double Integral Sliding Mode Controller, DISMC)。首先, 采用二阶扩张状态观测器对系统的未知扰动进行估计; 然后, 采用了双积分滑模控制器实现了系统的低稳态误差跟踪, 同时采用了改进的幂次趋近律来削弱控制系统的抖振影响; 最后, 采用导引头稳定平台进行目标跟踪实验和隔离度性能测试。实验结果表明, 与传统基于扰动观测器(Disturbance Observer, DOB)的PI控制方法相比, 跟踪3 (°)/s的梯形波时, 在提出的控制器作用下速度跟踪快速性提高了48 ms, 跟踪误差标准差提高了0.0131 (°)/s。同时用转台模拟弹体扰动分别为sin(πt)°、3sin(5πt)°、7sin(2πt)°时, 系统的隔离度分别提高了2.91%、0.45%、0.7%, 表明基于扩张状态观测器的双积分滑模控制器对导引头稳定平台具有较强的抗扰性和较好的跟踪性能。

针对工程应用中最优落角制导律性能受导引头隔离度影响的问题, 基于最优落角制导律(GLTIA)和拓展最优落角制导律(EGLIA), 建立了包含捷联导引头隔离度寄生回路的最优落角制导律系统, 研究了捷联导引头隔离度对制导系统稳定性的影响, 利用伴随函数法, 通过仿真对比分析了捷联导引头隔离度对GLTIA和EGLIA制导精度的影响。仿真结果表明: 相比正反馈情况, 当捷联导引头隔离度寄生回路为负反馈时, 最优落角制导律具有较高的稳定域, 系统稳定性会随着隔离度幅值的增大而减小。相比于GLTIA, EGLIA的制导性能更优, 但导引头隔离度对其制导性能的影响也更为严重, 在实际工程应用中, 要保证最优落角制导律有较高的制导性能, EGLIA和GLTIA需将导引头隔离度水平分别控制在2.5%和3.5%以下, 以降低寄生回路对制导系统稳定性的影响。

为计算工程化的隔离度幅值指标，建立了引入末制导回路的隔离度寄生回路模型，得出了基于不同末制导剩余时间下的隔离度临界幅值。针对6种常用误差模型下隔离度正反馈幅值的影响，提出了一种引入制导回路的末制导剩余时间值的计算方法。将目标常值机动、初始速度矢量角误差、目标随机机动、目标角闪烁噪声、褪色噪声以及接收机噪声分为3类，得出了关于相对速度比、隔离度幅值与无量纲脱靶量的变化曲线，利用脱靶量取值时间、裕度限制、脱靶量变化趋势以及实际脱靶量等方法综合判断隔离度幅值指标，并根据该指标估算出在映射隔离度指标时，需要引入制导回路的末制导剩余时间值，为工程应用提供了参考。