单兵简易制导火箭控制系统参数设计与弹道特性分析

发布时间：2022-01-22 11:12

　　单兵简易制导火箭以其使用灵活、成本低廉、毁伤效果好等优点在现代战争中发挥着重要作用。此类弹箭多采用低速旋转的方式,以减小发动机推力偏心、弹体质量偏心、气动不对称等因素对弹道带来的影响。但是,弹体旋转带来的耦合作用将给弹道特性分析和控制系统设计带来困难。本文以单兵简易制导火箭为研究对象,在动力学建模、弹道特性分析、弹道优化设计、制导控制系统设计及仿真等几个方面开展了研究工作。首先,针对单兵简易制导火箭的工作特点,建立准弹体坐标系和准速度坐标系,在此基础上对其进行受力分析,建立了六自由度空间运动方程组,为本文后续工作的开展奠定基础。其次,针对单兵简易制导火箭对弹目距离测量误差较大的缺点,开展了弹道优化工作,建立了优化模型、约束条件和优化目标,提出了采用低伸飞行弹道的方案,并采用自适应伪谱法得到了该飞行方案下的最优弹道,优化结果表明,该方案与带有终端约束的传统导引方案相比具有较强的鲁棒性和适用性。第三,采用小扰动线性化的方法得到了旋转条件下弹体扰动运动方程组和传递函数,并就弹体对操纵机构的动态响应和频率特性进行了分析。针对弹体旋转条件下的耦合因素和耦合特性,定量地分析了弹体保持动态稳定的转速... 

【文章来源】：南京理工大学江苏省 211工程院校

【文章页数】：84 页

【学位级别】：硕士

【文章目录】：
摘要
Abstract
1 绪论
    1.1 研究意义和目的
        1.1.1 研究背景
        1.1.2 本文的研究目的和意义
    1.2 国内外研究现状
        1.2.1 弹道优化方法研究现状
        1.2.2 旋转弹动态稳定性研究现状
        1.2.3 旋转弹控制方法研究现状
    1.3 本文的主要工作
2 单兵简易制导火箭弹数学模型
    2.1 坐标系定义及其转换关系
        2.1.1 坐标系定义
        2.1.2 坐标系间的转换
    2.2 火箭弹受力和力矩分析
        2.2.1 作用在单兵简易制导火箭上的力
        2.2.2 作用在单兵简易制导火箭上的力矩
    2.3 单兵简易制导火箭运动学与动力学模型
        2.3.1 基本假设
        2.3.2 质心动力学方程
        2.3.3 绕质心转动的动力学方程
        2.3.4 质心运动学方程
        2.3.5 绕质心转动的运动学方程
        2.3.6 质量变化方程
        2.3.7 几何关系方程
        2.3.8 单兵简易制导火箭运动方程组
    2.4 本章小结
3 单兵简易制导火箭弹道优化设计
    3.1 弹道优化设计问题描述
        3.1.1 优化设计需求
        3.1.2 约束条件与优化目标
        3.1.3 优化模型
    3.2 基于终端约束的弹道优化设计方法
        3.2.1 制导问题的数学描述
        3.2.2 带有终端约束的次最优导引律
        3.2.3 制导参数设计与分析
    3.3 基于自适应伪谱法的弹道优化设计
        3.3.1 自适应伪谱法
        3.3.2 优化结果与分析
    3.4 测距误差对弹道的影响分析
    3.5 本章小结
4 单兵简易制导火箭弹道特性分析
    4.1 旋转条件下弹体扰动运动模型
        4.1.1 扰动运动方程组
        4.1.2 传递函数
    4.2 非旋转条件下弹体动态特性分析
        4.2.1 操纵机构阶跃偏转时的响应
        4.2.2 弹体频率特性分析
    4.3 运动耦合对弹体动态特性影响分析
        4.3.1 运动耦合因素分析
        4.3.2 旋转条件下动态稳定性分析
    4.4 控制耦合对弹体动态特性影响分析
        4.4.1 舵机动力学模型
        4.4.2 准弹体系下舵机等效传递函数推导
    4.5 本章小结
5 单兵简易制导火箭制导控制系统参数设计
    5.1 制导系统设计方案
        5.1.1 基于虚拟目标追踪的导引律设计
        5.1.2 导引参数设计与鲁棒性分析
    5.2 控制系统设计方案
    5.3 基于前置反馈补偿的解耦控制器设计
    5.4 基于增益调度的自动驾驶仪参数自适应设计
        5.4.1 增益调度设计原理
        5.4.2 参数自适应设计方法
        5.4.3 自动驾驶仪性能分析
    5.5 制导控制系统仿真分析
    5.6 本章小结
6 总结与展望
    6.1 论文工作总结
    6.2 研究展望
致谢
参考文献
附录


【参考文献】：
期刊论文
[1]基于hp自适应伪谱法的多脉冲导弹弹道优化设计[J]. 明超,孙瑞胜,白宏阳,孙传杰.  固体火箭技术. 2015(02)
[2]境外轻型/便携式反坦克导弹市场分析[J]. 苑桂萍,胡冬冬.  飞航导弹. 2015(03)
[3]基于Radau伪谱法的制导炸弹最优滑翔弹道研究[J]. 袁宴波,张科,薛晓东.  兵工学报. 2014(08)
[4]双通道控制旋转导弹的舵机控制研究[J]. 毕艳超,姚晓先,宋晓东,马武举.  弹箭与制导学报. 2014(02)
[5]旋转弹锥形运动发生区间及频率特性研究[J]. 任天荣,马建敏.  固体火箭技术. 2014(03)
[6]基于伪谱法的定向定时航迹规划方法[J]. 张利民,孙明玮,陈增强,张兴会.  弹道学报. 2013(03)
[7]基于Gauss伪谱法的空空导弹最优中制导律设计[J]. 杨希祥,张为华.  国防科技大学学报. 2013(01)
[8]Direct trajectory optimization based on a mapped Chebyshev pseudospectral method[J]. Guo Xiao,Zhu Ming.  Chinese Journal of Aeronautics. 2013(02)
[9]基于量测飞行参数的螺旋运动稳定性研究[J]. 李兴城,张双彪.  北京理工大学学报. 2012(12)
[10]国外典型轻型反坦克导弹的发展[J]. 乔立永,徐立新,高敏.  飞航导弹. 2012(09)

硕士论文
[1]低速滚转导弹直接力/气动力复合控制方法研究[D]. 曾祥鑫.哈尔滨工业大学 2013
[2]直接侧向力/气动力复合控制的制导控制技术研究[D]. 王士超.哈尔滨工业大学 2012
[3]旋转弹箭单通道侧喷控制方案设计与仿真[D]. 曹云.南京理工大学 2011
[4]弹炮一体化旋转导弹控制系统设计与仿真研究[D]. 蒋忠明.西北工业大学 2005
[5]旋转导弹的自适应控制方法研究[D]. 吕俊巧.西北工业大学 2001



本文编号：3602092