新型滑翔导弹制导控制方法研究

发布时间：2020-11-06 03:57

　　 本文以一种新型滑翔战术导弹为研究对象,围绕导弹的制导与控制问题展开研究,对所提方法分别进行了三自由度和六自由度的仿真验证,取得了一定的研究成果。针对引用的导弹动力学模型,进行了模型的改进,并开展了模型特性分析。主要是提出了欧拉角的扩展定义、欧拉角的确定方法及由坐标转换矩阵求解欧拉角的方法,使得改进模型可以用于仿真导弹垂直转弯运动;还提出了精确求解风场影响下的气动力和气动力矩及气动力在半速度坐标系分量的方法。针对导弹制导律设计问题,建立了新的具有明确视线角定义和适合于多角度攻击的三维耦合相对运动模型,讨论了经典比例导引律的有效性与收敛性问题,对有效性与收敛性问题的讨论验证了欧拉角扩展定义的必要性和正确性,并阐述了多角度攻击的关键问题;基于三维耦合相对运动模型,提出了带终端约束的三维耦合制导律的设计方法,并基于扩张状态观测器(ESO)提出了带终端约束的三维耦合制导律的改进方法:基于干扰补偿的三维耦合制导律;所提出的带终端约束的三维耦合制导律及其改进方法,不仅可以满足入射角约束,而且可以满足入射方位角约束,且具有较强的鲁棒性。针对导弹姿态控制器的设计问题,根据新型滑翔导弹静稳定与静不稳定交替变化的特点,比较了反馈线性化与小扰动线性化两种线性化方法的优劣,确定了适合于该类型导弹的线性化方法,为后续研究工作奠定了基础;作为本文最主要的研究成果,提出了一种有限时间收敛的干扰观测器(FTCDO)设计方法,基于FTCDO设计了自抗扰滑模控制器,并与滑模控制器进行了比较研究。最后,开展了制导与控制系统的联合仿真验证,在联合仿真前首先给出了全弹道的制导方案设计及各飞行阶段制导指令的平滑处理方法,然后基于制导与控制方法的研究成果,开展了六自由度的仿真验证,进一步验证了所提方法应用于全弹道制导控制系统设计的性能。研究表明,欧拉角定义的扩展对于仿真导弹垂直转弯运动是必要的和正确的;带终端约束的三维耦合制导律及基于干扰补偿的三维耦合制导律均可实现精确打击和满足终端约束;基于非奇异终端滑模控制设计的有限时间收敛的干扰观测器,与ESO相比,具有初始段无峰化现象、收敛速度快、跟踪精度高的优点;基于FTCDO的自抗扰滑模控制器对于削弱滑模控制器的抖振和提高控制精度均有帮助,可看作是对滑模控制器的改进算法。六自由度的仿真验证表明,所提制导与控制设计方法完全适用于全弹道的制导控制系统设计。
【学位单位】：国防科学技术大学
【学位级别】：硕士
【学位年份】：2015
【中图分类】：TJ765
【文章目录】：
摘要
ABSTRACT
第一章 绪论
    1.1 研究背景及意义
    1.2 导弹制导控制方法研究现状
        1.2.1 有限时间控制及自抗扰控制研究现状
        1.2.2 滑模控制研究现状
        1.2.3 现代制导律研究现状
    1.3 本文研究内容与组织结构
第二章 导弹动力学建模与模型特性分析
    2.1 导弹动力学模型
        2.1.1 常用坐标系
        2.1.2 常用坐标系之间的转换
        2.1.3 导弹六自由度运动模型
    2.2 参数偏差与风干扰建模
        2.2.1 参数偏差建模
        2.2.2 风干扰建模
    2.3 导弹动力学模型特性分析
        2.3.1 稳定性分析
        2.3.2 气动非线性度的讨论
第三章 三维耦合制导律设计
    3.1 相对运动模型
    3.2 经典比例导引律的讨论
        3.2.1 经典比例导引律的收敛性与有效性
        3.2.2 多角度攻击问题阐述
        3.2.3 基于导弹运动特性的制导指令快速求解算法
    3.3 三维耦合制导律设计
        3.3.1 相对运动方程的线性化
        3.3.2 带终端角约束的三维耦合制导律设计
        3.3.3 基于干扰补偿的三维耦合制导律设计
第四章 导弹自抗扰滑模控制方法研究
    4.1 数学基础
    4.2 导弹姿态运动方程的线性化
        4.2.1 导弹姿态运动方程的全状态反馈精确线性化
        4.2.2 导弹姿态运动方程的小扰动线性化
    4.3 有限时间收敛的干扰观测器（FTCDO）设计
        4.3.1 ESO与FTCDO设计结果
        4.3.2 FTCDO收敛性的证明
        4.3.3 ESO与FTCDO比较研究
    4.4 导弹自抗扰滑模控制方法研究
        4.4.1 滑模跟踪控制器设计
        4.4.2 自抗扰滑模控制器设计
        4.4.3 数学仿真研究
第五章 导弹制导控制系统的联合仿真验证
    5.1 各飞行阶段制导方案及交接班处的平滑处理
        5.1.1 主动段制导方案
        5.1.2 惯性上升段制导方案
        5.1.3 滑翔下滑段与俯冲攻击段制导方案
        5.1.4 交接班处的平滑处理
    5.2 导弹制导控制系统的联合仿真验证
第六章 总结与展望
致谢
参考文献
作者在学期间取得的学术成果
附录 气动参数偏差

【参考文献】

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本文编号：2872617