制导炮弹可控滚转执行机构关键技术研究

发布时间：2021-01-10 01:14

　　舰炮弹药制导化是从根本上提高舰炮命中精度的途径之一,特别是作为防空弹药时,能够大幅度提高舰炮的反导能力。为了提高舰炮制导化弹药的修正能力和舵机的控制效率,本文研究了一种鸭式布局的舵机可控滚转的双旋弹体结构设计方案,围绕该类炮弹研制过程中的相关理论和关键技术,对其飞行弹道特性和可控滚转舵机系统控制进行了较为系统地研究。研究了应用可控滚转电动执行机构的制导炮弹系统总体方案,在详细分析弹体结构与外形、制导与控制系统和可控滚转舵机系统控制原理的基础上,计算和分析了其对空近程反导作战时的修正能力。根据鸭式布局低旋尾翼炮弹的气动特性和运动特点,通过引入舵体坐标系,采用Newton-Euler法系统地建立了鸭式布局双旋弹体7DOF飞行动力学模型,并给出作用在舵机舱和弹体上的力和力矩的具体表达式。采用气动估算软件Missile Datcom对制导炮弹进行气动估算与分析;计算并分析了不同攻角、不同舵偏角条件下主要气动力系数的变化情况,结合可控滚转舵机的风洞数据,计算舵翼的铰链力矩,为后续的舵机系统设计提供参考依据。结合气动力数据和弹体运动学模型,进行了无控和有控条件下的弹道仿真,讨论了不同发射参数对弹道... 

【文章来源】：北京理工大学北京市 211工程院校 985工程院校

【文章页数】：153 页

【学位级别】：博士

【文章目录】：
摘要
ABSTRACT
第1章. 绪论
    1.1 课题研究背景及意义
    1.2 制导化舰炮弹药的国内外发展状况
    1.3 相关理论、关键技术的概述
        1.3.1 鸭式布局双旋弹体建模及相关技术概述
        1.3.2 制导炮弹电动执行机构概述
        1.3.3 电动伺服控制及主动干扰补偿控制方法概述
    1.4 本文的主要工作和内容
第2章. 制导炮弹总体分析及工作原理
    2.1 制导炮弹总体分析
        2.1.1 制导炮弹总体结构与布局
        2.1.2 制导炮弹外形几何参数
        2.1.3 制导炮弹制导与控制系统
        2.1.4 制导炮弹可控滚转电动执行机构
        2.1.5 制导炮弹可控滚转电动执行机构控制原理
    2.2 性能需求分析
        2.2.1 防空制导炮弹的机动能力
        2.2.2 制导炮弹的修正能力分析
    2.4 本章小结
第3章. 制导炮弹 7DOF运动描述与弹道特性分析
    3.1 鸭式布局双旋弹体的运动描述
        3.1.1 坐标系及其转换关系
        3.1.2 制导炮弹的控制力及力矩
        3.1.3 作用在制导炮弹上的力和力矩
        3.1.4 制导炮弹质心运动方程
        3.1.5 制导炮弹绕质心转动方程
    3.2 制导炮弹气动系数估算与分析
        3.2.1 气动力系数计算方法的选定
        3.2.2 不同攻角下的气动力系数
        3.2.3 不同舵偏角下的气动力系数
        3.2.4 舵翼气动特性估算与分析
        3.2.5 尾翼气动特性及斜置角估算
    3.3 制导炮弹弹道特性分析
        3.3.1 初始发射参数变化对有控飞行弹道的影响
        3.3.2 执行机构控制误差对有控飞行弹道的影响
    3.4 本章小结
第4章. 可控滚转电动执行机构的实现及模型分析
    4.1 可控滚转电动执行机构的总体方案设计
        4.1.1 系统的传动方案
        4.1.2 反馈测量系统
        4.1.3 系统传动比的分析及参数优化设计
    4.2 可控滚转电动执行机构机械性能分析
        4.2.1 可控滚转电动执行机构强度与模态分析
        4.2.2 系统频率特性分析
    4.3 系统动力学建模与分析
        4.3.1 舵工作模式
        4.3.2 副翼工作模式
        4.3.3 系统结构模型分析
    4.4 系统数学模型仿真验证
    4.5 本章小结
第5章. 基于泰勒逼近的增广自抗扰舵机控制方法
    5.1 可控滚转电动执行机构控制总体分析
    5.2 可控滚转电动执行机构滚转控制策略
        5.2.1 单向绝对追踪方式
        5.2.2 双向绝对追踪方式
        5.2.3 相对追踪方式
    5.3 基于高阶泰勒逼近的增广自抗扰舵机控制器设计
        5.3.1 问题描述
        5.3.2 面向非线性控制的模型处理
        5.3.3 基于泰勒逼近的增广自抗扰控制器构造与分析
    5.4 系统仿真分析
        5.4.1 滚转方位控制仿真结果及分析
        5.4.2 等效舵作用控制
    5.5 本章小结
第6章. 可控滚转电动执行机构控制器的设计与实验
    6.1 可控滚转执行机构控制系统设计
        6.1.1 控制系统基本组成
        6.1.2 控制系统的硬件设计
        6.1.3 控制系统的软件设计
    6.2 实验平台设计
        6.2.1 实验平台总体方案
        6.2.2 单轴滚转平台设计
    6.3 可控滚转电动执行机构的测试
        6.3.1 无滚转气动力矩试验测试
        6.3.2 风洞环境下综合测试
    6.4 本章小结
结论与展望
参考文献
攻读学位期间发表论文与研究成果清单
致谢


【参考文献】：
期刊论文
[1]双旋制导火箭弹动力学建模[J]. 王志刚,李伟,张振宁.  兵工学报. 2013(07)
[2]旋转飞行器的一种解耦模糊控制方法[J]. 唐胜景,郭杰.  北京理工大学学报. 2011(09)
[3]基于INA方法的旋转导弹解耦研究[J]. 杨明星,杨军.  计算机仿真. 2011(05)
[4]继电式舵机非线性控制条件下的导弹倾斜稳定回路设计[J]. 云文在.  内蒙古大学学报(自然科学版). 2011(01)
[5]一类滚转弹的补偿解耦方法[J]. 闫晓勇,张成,杨树兴.  弹道学报. 2009(04)
[6]基于H∞混合灵敏度的导弹解耦控制器设计方法[J]. 夏文艳,高嵩,王洁,刘冰.  电子设计工程. 2009(11)
[7]制导炮弹解耦控制研究[J]. 付郁,杨军.  计算机仿真. 2009(10)
[8]防空指令修正弹有控弹道仿真[J]. 李岩,王中原,易文俊.  系统仿真学报. 2009(01)
[9]基于H∞控制理论的BTT导弹自动驾驶仪设计[J]. 于秀萍,官英双.  系统工程与电子技术. 2008(05)
[10]小口径高炮弹道修正技术与仿真分析[J]. 郑友胜,王良明,林正才.  弹道学报. 2008(01)

博士论文
[1]滚珠丝杠式电动舵机非线性分析及控制策略研究[D]. 张明月.中国科学院研究生院(长春光学精密机械与物理研究所) 2014
[2]某鸭式布局防空制导炮弹的飞行弹道特性与控制方案研究[D]. 常思江.南京理工大学 2011
[3]防空弹药二维脉冲修正方法研究[D]. 姚文进.南京理工大学 2007

硕士论文
[1]二维弹道修正弹修正机构设计及其气动特性分析[D]. 孟庆宇.沈阳理工大学 2012
[2]电动比例舵机的控制系统设计与分析[D]. 魏欣.南京理工大学 2007
[3]无刷直流电机无位置传感器控制系统的设计与研究[D]. 陈新荣.南京航空航天大学 2007
[4]滑翔增程弹飞行控制及电动舵机性能分析[D]. 徐伊岑.南京理工大学 2006



本文编号：2967767