基于舵机约束的导弹自动驾驶仪优化设计

发布时间：2024-03-02 12:46

　　论文主要研究了在舵机约束下STT导弹自动驾驶仪的设计问题,将舵机对自动驾驶仪的两个主要约束,即舵机处开环截止频率约束和舵偏角速度约束用公式的形式表达出来,加入到控制器设计的过程中,使得控制器在设计完成时自动满足开环截止频率约束和舵偏角速度限制。自动驾驶仪的俯仰、偏航通道采用最优控制理论,选取跟踪误差的平方积分作为性能指标,求出性能指标的解析表达式,然后将舵机处开环截止频率和舵偏角速度作为约束,求解控制器参数。滚动通道采用PD控制结构,分别使用经典控制理论和最优控制理论进行设计,并分析了两种方法的差异。为了提高自动驾驶仪的性能,对俯仰、偏航通道进行优化设计,将舵机动力学加入系统结构图,使用状态空间模型进行分析。首先使用内模原理建立控制结构并从内模原理的角度揭示了伪攻角自动驾驶仪的结构来源,接着推导出由舵机动力学主导的极点位置与频域分析法中舵机处开环截止频率约束的关系式,并用零点与主导极点的位置关系抑制系统负调,然后使用部分状态反馈在舵机动力学和零点约束下配置系统极点。为了验证自动驾驶仪的控制性能,最后选取了合适的导弹空间运动模型和相应的制导律对所设计的自动驾驶仪进行全弹道仿真,并分析了仿...

【文章页数】：90 页

【学位级别】：硕士

【文章目录】：
摘要
Abstract
1 绪论
    1.1 选题背景和意义
    1.2 自动驾驶仪的研究现状
    1.3 论文的主要工作及内容安排
2 导弹控制系统建模
    2.1 常用坐标系的定义
    2.2 坐标系之间的转换
    2.3 导弹运动方程组
        2.3.1 导弹所受的力和力矩
        2.3.2 动力学方程
        2.3.3 运动学方程
        2.3.4 几何关系方程
        2.3.5 导弹运动方程组
        2.3.6 导弹运动方程组的线性化
    2.4 短周期运动的传递函数
    2.5 特征点的选择
    2.6 本章小结
3 基于舵机约束的自动驾驶仪设计
    3.1 俯仰通道控制结构的传递函数
    3.2 俯仰通道待定系数设计方法
    3.3 俯仰通道最优控制器设计
        3.3.1 性能指标的选择
        3.3.2 舵机处开环截止频率约束的公式化表达
        3.3.3 基于舵机处开环截止频率约束的最优控制器设计
        3.3.4 舵偏角速度约束分析
        3.3.5 舵偏角速度的公式化表示与最优控制器设计
        3.3.6 多种约束时的最优控制器设计
    3.4 俯仰通道鲁棒性与设计结果
    3.5 滚转通道最优自动驾驶仪设计
        3.5.1 滚动通道结构框图
        3.5.2 滚动通道经典控制器设计
        3.5.3 滚动通道最优控制器设计
    3.6 本章小结
4 加入舵机动力学模型的自动驾驶仪设计
    4.1 舵机与弹体的状态空间模型与状态反馈
        4.1.1 内模控制器
        4.1.2 舵机与弹体的状态空间模型
        4.1.3 系统能控性判别
        4.1.4 状态反馈矩阵求解
    4.2 自动驾驶仪极点配置分析
        4.2.1 主导极点间相对位置分析
        4.2.2 主导极点绝对位置分析
        4.2.3 零点对主导极点位置影响
    4.3 参数调整与设计结果
    4.4 本章小结
5 全弹道仿真与优化
    5.1 导弹六自由度仿真
        5.1.1 六自由度仿真模型选择
        5.1.2 导引律
        5.1.3 仿真结果
    5.2 滚动回路引入积分项
    5.3 加入舵机环节对期望极点的影响
    5.4 参数变化时对设计结果的影响
    5.5 本章小结
6 总结与展望
    6.1 总结
    6.2 展望
致谢
参考文献



本文编号：3916879