高超声速飞行器末制导律设计与仿真

发布时间：2017-09-15 17:07

  本文关键词：高超声速飞行器末制导律设计与仿真

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【摘要】：近年来高超声速飞行器所表现出的高速性、高机动性以及良好的高空飞行能力开始进入人们的视野,成为军事研究的主题。在战争中,其高速性使短时间内的全球打击得以实现,攻击范围能够得到有效的提高,并且其突破防御和躲避拦截的能力也十分出色。在执行拦截任务时,对导弹的控制尤为重要,其重点在于设计合适的制导律,制导律的好坏决定了着导弹能否实现对目标的精确打击。我的论文以高超声速导弹的末制导阶段为背景,提出合适的末制导律。本文的研究内容包括以下几个方面。首先,描述了建立制导模型时用到的几种坐标系,并推算出坐标系转化时的矩阵;给出了弹目的质心运动方程,并推导了导弹的姿态方程,进而推广到三维空间,经过一系列变换推导建立了三维制导方程。其次,给出了关于有限时间稳定理论的一些定理和引理,为设计有限时间稳定导引律提供理论基础;在二维平面内的制导方程的基础上设计了能使视线角转率在有限时间内收敛的导引律,证明了其可行性,并将该导引律推广至三维空间;针对三维空间内的俯仰通道中由目标机动项和通道间耦合构成的不确定性提出了基于扩张状态观测器的不确定性估计方法。最后,利用MATLAB对几种经典导引法进行了仿真,并对仿真结果进行了分析;利用SIMULINK建立了三维仿真模型,针对目标的两种机动方式,分别验证了有限时间稳定导引律的可行性,证明了视线角转率可以在有限时间内收敛为零并维持稳定;对比分析了有限时间稳定导引律和比例导引的控制效果;最后对扩张状态观测器对总扰动的估计效果进行了验证分析。
【关键词】：高超声速飞行器 末制导律 有限时间稳定导引律 扩张状态观测器
【学位授予单位】：哈尔滨工业大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2016
【分类号】：V249
【目录】：

• 摘要4-5
• Abstract5-9
• 第1章 绪论9-25
• 1.1 课题来源及研究的背景和意义9-10
• 1.2 高超声速飞行器研究现状10-18
• 1.2.1 高超声速飞行器国外研究现状11-17
• 1.2.2 高超声速飞行器国内研究现状17-18
• 1.3 导引律的研究现状18-23
• 1.3.1 经典导引律18-20
• 1.3.2 现代导引律20-22
• 1.3.3 非线性导引律22-23
• 1.4 主要研究内容及章节安排23-25
• 第2章 数学基础25-35
• 2.1 引言25
• 2.2 坐标系定义及转换25-29
• 2.2.1 坐标系定义25-26
• 2.2.2 坐标系之间的转换关系26-29
• 2.3 导弹和目标运动学方程29-30
• 2.4 弹目相对运动方程30-34
• 2.4.1 二维平面内的弹目运动方程30-32
• 2.4.2 三维空间内的弹目运动方程32-34
• 2.5 本章小结34-35
• 第3章 导引律设计35-49
• 3.1 引言35
• 3.2 有限时间稳定理论35-36
• 3.3 有限时间导引律设计36-42
• 3.3.1 二维平面内的有限时间稳定导引律36-38
• 3.3.2 三维空间内的有限时间稳定导引律38-42
• 3.4 模型不确定性估计方法42-48
• 3.5 本章小结48-49
• 第4章 仿真分析及验证49-78
• 4.1 引言49
• 4.2 经典导引法仿真分析49-62
• 4.2.1 追踪法仿真分析49-52
• 4.2.2 平行接近法仿真分析52-55
• 4.2.3 比例导引法仿真分析55-62
• 4.3 三维空间内的有限时间稳定导引律仿真分析62-77
• 4.3.1 有限时间稳定导引律仿真62-70
• 4.3.2 有限时间稳定导引律和比例导引仿真分析70-75
• 4.3.3 扩张状态观测器估计效果验证75-77
• 4.4 本章小结77-78
• 结论78-79
• 参考文献79-85
• 致谢85

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