基于滑模控制理论的前向追踪拦截制导律研究

发布时间：2020-03-21 21:42

【摘要】：随着各国竞相发展高效进攻型武器,高精度的防御武器系统也随之发展起来。高超声速目标相对于普通目标具有更快的飞行速度(超过5马赫),更高的突防能力,更大的破坏力。利用传统方式对高超声速目标进行拦截存在控制难度大,难以达到精度要求等问题。为降低控制难度,本课题选用前向追踪拦截方式对高超声速目标进行空对空拦截,通过机动将拦截器置于目标前方,拦截器以较低的速度靠近目标的预测飞行弹道,二者飞行方向保持一致,拦截器相较目标具有更低的飞行速度,这一方式降低了控制难度,提高了拦截精度且降低了拦截器的性能要求,使得拦截过程更加合理高效。本文主要工作如下:根据前向追踪拦截方式的工作原理,结合古典力学理论,建立了目标与拦截器的运动学模型和动力学模型,进而得到了相关参数的表达式。根据前向追踪拦截的制导条件,结合比例导引的优点,利用变结构控制对干扰具有自适应的特点,设计了一种滑模变结构制导律。该制导律采用了控制拦截器与目标高度角成比例的思想,将低速拦截器始终控制在高速目标之前,具有很好的鲁棒性;同时,针对滑模变结构控制中存在的抖振问题,对制导律进行了改进优化,即用饱和函数代替滑模变结构控制中原有的开关函数项,从而抑制了系统内的抖振。针对实际情况中,拦截器通常会受到空气阻力的影响,导致其速度发生变化的问题,建立了拦截器三维外形模型,以此为基础进行网格处理以及部分气动特性的数值计算,分析得到了拦截器不同马赫数及不同高度下的所受阻力情况;将气动分析得到的结果加入制导律中对拦截过程进行全弹道仿真。以空对空拦截为例,基于MATLAB平台分别对拦截器速度不变和变化的条件下以及目标非机动与目标机动两种情况下的拦截过程进行数值仿真,将仿真结果进行对比。仿真结果验证了该制导律的可行性和强鲁棒性,并具备推广价值。本课题的研究成果对前向拦截制导律的设计,以及面向高超声速目标的地空拦截推广具有实际意义。
【图文】：

美国GBI系统拦截示意图

图 1- 2 俄罗斯 S-500 防空导弹高超声速巡航导弹拦截问题的研究不同于普通防空问题的研究和高机动性，这使得针对高超声速目标进行的拦截将更难以控对拦截器性能提出了更高要求，，如提高弹载导引头对大距离目
【学位授予单位】：南昌航空大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2019
【分类号】：TJ765;V448

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本文编号：2593978