This paper proposes an adaptive control technique for the autopilot design of STT missile. Dynamics of the missile is highly nonlinear and the equilibrium point is vulnerable to change due to fast maneuvering. Therefore nonlinear control techniques are desirable for the autopilot design of the missile. The nonlinear controller requires the exact model to obtain satisfactory performance. Generally a look-up table is used for the dynamic coefficients of a missile, so there must be coefficients error during actual flight, and the performance of the nonlinear controller using these data can be degraded. The proposed adaptive control technique compensates the nonlinear controller with modeling error resulting from the error of aerodynamic data and disturbance. To investigate the usefulness, the proposed method is applied to autopilot design of STT missile through simulations.
본 연구에서는 M&S(Modeling and Simulation) 기법을 통하여 보증 유도탄의 주기적 검사방법을 제시하였다. 유도탄 운용 개념과 예측된 저장신뢰도로부터 시나리오를 작성, 이를 기반으로 모의시험을 위한 모델링을 수행하고 시뮬레이션 프로그램으로 구현하였다. 그리고, 시뮬레이션 결과와 이론적인 추정치를 비교 검토하고, 목표로 하는 정상작동확률을 달성할 수 있는 최적의 주기점검 방안을 제시한다.
Recently, with the development of long-range / high-altitude guided weapon system for defense against ballistic missile, test range and firing altitude for guided weapons are increasing. Due to the increase in the test range and the intercepting altitude, it is expected to increase the range of safety area required for the firing test. Comparing to the foreign countries which have many desert or non-residence, in the domestic circumstances where the population is concentrated and distributed, it is more important to predict the falling area and to set the safety area for safely carry out the long-range / high-altitude intercept test. In this paper, we consider the following three points. The first is the booster fall trajectory modeling, the second is the shroud fall trajectory modeling, and finally, the debris dispersion modeling for the missile intercept. Especially, the AUTODYN model was used to predict debris falling area which produced in the high-speed guided missile intercepting test.
This paper presents a new practical autopilot design approach to acceleration control for tail-controlled STT(Skid-to-Turn) missiles. The approach is novel in that the proposed parametric affine missile model adopts acceleration as th controlled output and considers the couplings between the forces as well as the moments and control fin deflections. The aerodynamic coefficients in the proposed model are expressed in a closed form with fittable parameters over the whole operating range. The parameters are fitted from aerodynamic coefficient look-up tables by the function approximation technique which is based on the combination of local parametric models through curve fitting using the corresponding influence functions. In this paper in order to employ the results of parametric affine modeling in the autopilot controller design we derived a parametric affine missile model and designed a feedback linearizing controller for the obtained model. Stability analysis for the overall closed loop sys-tem is provided considering the uncertainties arising from approximation errors. the validity of the proposed modeling and control approach is demonstrated through simulations for an STT missile.
We propose a new linearized model which can be used very efficiently for the design and analysis of the autopilot of aerodynamically controlled skid-to-turn missiles. Proposed model is based on the linearized equations of the missile dynamics derived in the aerodynamic frame where xz plane contains the missile longitudinal axis and velocity vector. However, to take the effect due to the small perturbation of the missile body into consideration, we introduce a new frame which is identical to the aerodynamic frame in the trim state but after small perturbation it moves fixed with the missile body, and finally, the proposed model is set up in this frame. It is shown by nonlinear simulations and stability analysis of a numerical example that the new model describes the missile motion better than the conventional one linearized in the body frame with a certain amount of simplification.
과학기술의 발전에 따라 탄도탄에 대한 위협이 나날이 증대되고 있으며, 이러한 위협에 대처하기 위한 탄도탄 요격미사일에 대한 개발이 요구되고 있다. 대탄도탄용 요격미사일의 개발을 위해서는 요격시험이 필수적이다. 시험을 통해 얻은 계측자료를 활용하여 요격미사일을 포함한 전체적인 요격 시스템의 성능을 확인할 수 있다. 그러나 요격시험 시에는 요격에 의한 파편이 발생되기 때문에 안전을 위한 민간인의 접근 통제가 필요하다. 따라서 요격시험에 앞서 요격 파편에 대한 안전구역의 신뢰도 높은 추정이 선행되어야 한다. 본 논문에서는 모델링 분석 및 시뮬레이션을 활용하여 요격 파편에 대한 안전구역을 산출하였다. 우선, 탄도탄과 요격미사일의 발사단계에서 요격까지의 전 과정에 대한 시뮬레이션을 수행하였고, 요격 시점에서의 상대 속도 및 상대 각도를 산출하였다. 이 결과를 활용하여 요격 시의 에너지를 계산하고 요격 파편의 방출속도를 산출하였다. 이후, 파편에 작용하는 항력과 중력을 고려하여 낙하 궤적을 산출하였고, 파편의 낙하 지점과 위험도를 종합적으로 고려하여 최종 안전구역을 산출하였다.
Transactions on Control, Automation and Systems Engineering
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제4권3호
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pp.231-238
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2002
In this paper, we present a new approach to autopilot design for skid-to-turn missiles which may have severe aerodynamic cross-couplings and nonlinearities with angle of attack. The model of missile motion is derived in the maneuver plane and, based on that model, pitch, yaw, and roll autopilot are designed. They are composed of a nonlinear term which compensates for the aerodynamic couplings and nonlinearities and a linear controller driven by the measured outputs of missile accelerations and angular rates. Besides the outputs, further information such as Mach number, dynamic pressure, total angle of attack, and bank angle is required. With the proposed autopilot and simple estimators of bank angle and total angle of attack, it is shown by computer simulations that the induced moments and some aerodynamic nonlinearities are properly compensated and that the performance is superior to that of the conventional ones.
This paper combines the disturbance accommodating control(DAC) and nonlinear model inversion control for a skid-to-turn(STT) missile. The missile autopilot may be designed to be robust with respect to a variety of uncertainties. We proposes the two step control design method. Nonlinear model inversion control is used as the main design method. Due to the model uncertainties and external disturbances, the exact nonlinear model inversion can not be achieved. DAC is designed to detect, to identify, and to compensate these uncertainties. DAC's disturbance observer is linear. Thus it is easy to implement. It does not cause the convergence problem due to coexistence between the modeling uncertainties and external disturbances. 6 DOF simulation results show that the proposed method may improve the missile tracking performance.
International Journal of Aeronautical and Space Sciences
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제18권4호
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pp.688-696
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2017
This paper presents an integrated roll-pitch-yaw autopilot using an equivalent based sliding mode control for skid-to-turn nonlinear time-varying missile system with lumped disturbances in its six-equations of motion. The considered missile model are developed to integrate the model uncertainties, external disturbances, and parameters perturbation as lumped disturbances. Moreover, it considers the coupling effect between channels, the variation of missile velocity and parameters, and the aerodynamics nonlinearity. The presented approach is employed to achieve a good tracking performance with robustness in all missile channels simultaneously during the entire flight envelope without demand of accurate modeling or output derivative to avoid the noise existence in the real missile system. The proposed autopilot consisting of a two-loop structure, controls pitch and yaw accelerations, and stabilizes the roll angle simultaneously. The Closed loop stability is studied. Numerical simulation is provided to evaluate performance of the suggested autopilot and to compare it with an existing autopilot in the literature concerning the robustness against the lumped disturbances, and the aforesaid considerations. Finally, the proposed autopilot is integrated in a six degree of freedom flight simulation model to evaluate it with several target scenarios, and the results are shown.
Determination of an aerodynamic structure is a very important problem in missile modeling. The structure problem is to choose an appropriate set of aerodynamic coefficients to represent chosen missile dynamics. A methodology and criteria to determine a structure from windtunnel data are presented in this paper. Aerodynamic coeffecients in the determined structure are then identified by parameter identification algorithms. The identified coefficients are in turn used to verify appropriateness of the structure. The extended Kalman filter (EKF) and the maximum likelihood mithod (ML) are adopted as the parameter identification algorithm. Both methods exhibit satisfactory results. While the model identified by the ML more closely follows dynamics of the chosen missile than that by the EKF.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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