变质心扰动小型激光制导炸弹控制方法研究

发布时间：2020-05-23 05:40

【摘要】：随着无人机的飞速发展,以无人机为平台的新型、小型化激光制导武器在精确对地打击中的重要性日益凸显,因而使得世界各国对其进行了广泛而深入的研究。目前小型激光制导炸弹普遍采用了固体火箭发动机助推的方式提供较大的初速度从而提高射程,因而在其全程飞行中存在气动参数变化较大、质心变化较大、具有多项扰动不确定性因素和未建模动态的特点,需要针对这些扰动和不确定性因素等设计强鲁棒性的控制系统。本文首先详细调研了国内外的小型激光制导炸弹的发展动态,分析了小型激光制导炸弹的特点及由此带来的控制问题;调研了小型化激光制导炸弹的相关控制技术方法。随后,建立了小型激光制导炸弹的六自由度动力学模型,包含火箭助推段的动力学模型和无动力滑翔段的动力学模型,同时对动力学模型进行了小扰动线性化获得了三通道解耦的控制系统模型,从而为后续控制器设计提供了模型。根据小型激光制导炸弹的特点,研究了鲁棒控制方法,将常规控制问题转化为H_∞混合灵敏度控制问题,基于Matlab软件的Mrct工具箱进行控制器求解。考虑工程实用性,采用平衡截断法对控制器进行降阶处理;基于鱼群优化算法对控制器参数进行优化设计,同时分别比较混合调度算法和D调度算法下全局控制性能,结果显示,降阶并优化参数后D调度算法全局控制效果好,具有很强的鲁棒性以及抗扰性。最后针对鲁棒控制器设计较为保守,控制性能不明显且设计过程较为复杂的问题,研究了传统的模型参考滑模控制器,并分别进行了特征点条件下的仿真分析和全程飞行段的非线性仿真分析。针对传统的模型参考滑模控制器鲁棒性较差,控制器易抖振的特点,研究了一种新型的基于扩张状态观测器的模型参考滑模控制器,通过单个特征点仿真、全程非线性仿真、不同射程条件下仿真和蒙特卡洛打靶仿真分析可知本文提出的控制器具有良好的鲁棒性能和自适应性能,能够满足实际工程控制需求。
【图文】：

总体布局,制导炸弹,小直径,激光制导炸弹

图 1-2 小直径制导炸弹 SDB 图 1-3 联合 40 无人机导弹我国于 1977 年正式研制第一代 7712 型激光制导炸弹，后来称雷霆-1，其总体布局与宝石路-1 基本一致，该弹全长 3.68m，，直径 0.377m，弹重 490kg。20 世纪 90 年代，我国引进了俄罗斯 KAB-500L 激光制导炸弹，随后改进研制出了雷霆-2 制导炸弹。2012 年，哈尔滨建成集团推出了 100kg、250kg、500kg和 1000kg 天戈系列激光制导炸弹，与此同时北方工业公司也推出了不同重量的GB 系列精确制导炸弹和雷石系列制导炸弹。2014 年中国航天科工集团展示了一款名为 YZ-200 的小型激光制导炸弹，航天科技集团推出了 FT 系列制导炸弹，标志着我国激光制导炸弹发展得到了极大提高。目前我国公开报道的小型制导炸弹最小重量为飞腾-10 的 25kg，与国外研究相比，我国制导炸弹小型化还有一定距离[1]。因此，随着越来越多国家装备无人作战飞机，同时各国为了反恐作战的需要，为了降低地面毁伤效果，并提高打击精度，小型制导炸弹必将得到极大的发展与装备。

总体布局,无人机,导弹,制导炸弹

图 1-2 小直径制导炸弹 SDB 图 1-3 联合 40 无人机导弹我国于 1977 年正式研制第一代 7712 型激光制导炸弹，后来称雷霆-1，其总体布局与宝石路-1 基本一致，该弹全长 3.68m，直径 0.377m，弹重 490kg。20 世纪 90 年代，我国引进了俄罗斯 KAB-500L 激光制导炸弹，随后改进研制出了雷霆-2 制导炸弹。2012 年，哈尔滨建成集团推出了 100kg、250kg、500kg和 1000kg 天戈系列激光制导炸弹，与此同时北方工业公司也推出了不同重量的GB 系列精确制导炸弹和雷石系列制导炸弹。2014 年中国航天科工集团展示了一款名为 YZ-200 的小型激光制导炸弹，航天科技集团推出了 FT 系列制导炸弹，标志着我国激光制导炸弹发展得到了极大提高。目前我国公开报道的小型制导炸弹最小重量为飞腾-10 的 25kg，与国外研究相比，我国制导炸弹小型化还有一定距离[1]。因此，随着越来越多国家装备无人作战飞机，同时各国为了反恐作战的需要，为了降低地面毁伤效果，并提高打击精度，小型制导炸弹必将得到极大的发展与装备。
【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】：2018
【分类号】：TJ414

【参考文献】