一种特殊变参数PID控制的导弹纵向姿态控制技术研究

发布时间：2020-07-13 02:25

【摘要】：导弹作为最重要的制导武器,已经成为现代战场的主角,是各国发展军事力量的重中之重。导弹控制系统作为导弹的核心组成部分,在导弹精准打击目标和控制导弹飞行稳定性方面都有着及其重要的作用。在导弹控制的研究历史中,PID控制具有悠久的研究和发展历史,它具有突出的优点,如算法简单、鲁棒性好、有较高的可靠性等。然而,PID控制的应用也有局限性。首先是它对控制系统的要求很高,即PID控制主要应用在线性定常的、系统参数固定不变的系统中;其次,PID控制要求的控制对象比较严格,即对于具有非线性、大惯性、强干扰性等特性的控制对象,不能选择一组固定的、整定好的PID参数实施控制,此时的控制器并不能取得较好的控制效果,甚至还会使系统性能超出允许的范围。因此PID控制在导弹控制中的应用受到了限制。近年来,研究人员在传统PID控制的基础上,不断地对其进行了优化,进而衍生出多种控制算法,发展最完善的控制理论有模糊控制、滑模变结构控制、最优控制等。但是,以上列出的控制方法只是针对某个特定的性能指标来进行控制,往往会使其他的性能指标变坏,并不能全面的提升系统的性能指标,其效果往往也不明显,甚至还存在系统在工程上不易实现的问题。在此研究背景下,本文提出了一种特殊的变参数PID控制方法。本文的主要工作如下:首先介绍了本课题的研究背景、研究现状及意义,并介绍了本文的主要内容;对某型巡航导弹进行数学建模,选择了不同的坐标系进行定义,并推导相互转换的余弦关系;对导弹飞行过程中的受力情况进行分析,从而建立导弹的动力学模型,并按照一定的法则对模型进行简化;介绍PID控制的发展过程和设计原理,用频域法设计控制器,通过仿真说明其控制效果;详细介绍本文研究的控制方法,即一种特殊的变参数PID控制方法,介绍了其设计思想和理论研究过程,并与原系统的控制能力进行分析对比,并在此基础上,运用该方法对简单二阶系统进行仿真,验证其控制效果;将该种方法运用到导弹纵向控制中,并与传统的PID控制方法进行比较,得出结论。
【学位授予单位】：哈尔滨工程大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2017
【分类号】：TJ765;TP273
【图文】：

导弹制导系统,基本组成

图 1.1 导弹制导系统的基本组成导弹控制系统的功能是，通过控制导弹的运动，使导弹按运动轨迹飞行，跟踪和击毁目标。控制系统还有一个主要的功能就是当导弹受到干扰时，能使导弹快速地稳定在给定弹道上，抑制干扰的作用[10]。虽然不同型号的导弹，其控制系统组成不完全相同，但导弹控制系统大致是由两大部分组成，即控制器和被控对象。如图 1.2 所示。图 1.2 一般的导弹控制系统组成结构对巡航导弹控制系统来说，它的系统是一个是闭环控制系统，要求系统有效地修正偏差。为了保证控制系统的良好性能，还要求系统能够抑制系统的参数变化和外干扰的影响[11]。为了满足以上两点要求，系统就需要有很高的控制精度。而对于不同型号、不

导弹控制系统,导弹,导弹制导系统,抑制干扰

图 1.1 导弹制导系统的基本组成制系统的功能是，通过控制导弹的运动，使导弹按运动轨迹飞行，跟制系统还有一个主要的功能就是当导弹受到干扰时，能使导弹快速地，抑制干扰的作用[10]。虽然不同型号的导弹，其控制系统组成不完全系统大致是由两大部分组成，即控制器和被控对象。如图 1.2 所示。

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图 1.3 导弹自动控制系统框图校正装置：通常为 PID 控制元件，由放大环节、微分环节和积分环节三部分原件组成，用来改善系统的动态性能和稳态特性。放大元件：功能是放大和变化比较原件给出的偏差信号，从而得到能驱动执行元件运行的大信号，实现控制功能。常见的放大元件有可用集成电路、电子管等。执行机构：功能是操纵舵面，从而控制导弹飞行。常见的执行机构有舵伺服系统，液压传动装置等。反馈装置：通过对偏差信号的测量和控制，改善系统的动态性能。常见的反馈装置有电位计、测速机等。姿态敏感元件[13]：用来测量导弹的姿态运动参数，主要有惯性平台和陀螺仪。质心敏感元件：它的功能是实时测量导弹的质心运动参数，常见的有加速度计和高度计等。1.3.2 导弹姿态控制系统导弹姿态控制系统是制导系统的核心部分，大多数导弹对质心的控制都是通过姿态

【参考文献】