面向多弹协同的导弹建模与姿态控制研究

发布时间：2017-08-07 12:19

  本文关键词：面向多弹协同的导弹建模与姿态控制研究

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【摘要】：多弹协同以协同作战为理念,摒弃传统的各弹孤立打击目标的理念,参与战斗的全部导弹形成一个网络,并且为该网络设立一个中心,各弹受网络中心调度,彼此间进行信息交换,实现一个统一的战斗目标。这种战斗方式可以极大地提升导弹的各种性能,如突防能力、隐身能力和电子对抗能力等。而导弹的气动特性决定了其姿态控制的效果会直接影响其飞行效果与打击效果,这意味着,实现快速精确的导弹姿态控制是实现多弹协同的基础。本文以多弹协同为背景,对导弹的姿态控制进行了以下几个方面的研究:(1)对导弹姿态控制模型的建立进行了研究,结合导弹运动系统中常用的四个坐标系,以导弹飞行中的动力学和运动学方程为基础,给出合理假设,引入四元数来描述导弹在空间中的转动,得到一种导弹姿态运动控制的四元数模型。进一步地,将导弹飞行过程中存在的参数不确定性引入系统,建立了带有参数摄动的控制模型,为控制算法的设计打下了基础。(2)给出多弹协同分层控制算法,并通过实验仿真得到3枚导弹协同编队控制结果。针对建立的导弹姿态控制标称模型,设计了用于多弹协同控制的导弹姿态自适应滑模控制算法,该算法具有很好的鲁棒性,解决了对上层编队控制得到的期望姿态角的跟踪控制问题,并且证明了系统是Lyapunov意义下稳定的。然后通过仿真实验,验证了控制器能够快速准确地跟踪上分层控制得到的参考姿态轨迹。(3)针对带有参数摄动的导弹姿态控制模型,在标称模型控制算法的基础上,设计一种改进的导弹姿态自适应滑模控制算法,解决了在存在参数摄动时对上层参考姿态信号的跟踪控制问题,并证明系统是Lyapunov意义下稳定的。最后,通过MATLAB仿真实验,说明了提出的姿态跟踪算法的跟踪效果。(4)基于无人平台自驾控制系统,采用MFC编程,实现对带有导弹模型及舵机尾翼的三轴转台的控制,完成对导弹在线姿态跟踪过程的实物展现。在该实验系统上进行实验,模拟实际情况中存在的建模误差对实际控制效果的影响,并验证了算法的实际控制效果。该实验系统能够很好地对导弹实际飞行中的姿态控制进行模拟和展现。
【关键词】：多弹协同 姿态控制 四元数 滑模控制 自适应
【学位授予单位】：北京理工大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2016
【分类号】：TJ765
【目录】：

• 摘要5-6
• Abstract6-10
• 第1章 绪论10-16
• 1.1 课题研究背景与意义10-11
• 1.2 多弹协同控制方法研究现状11-13
• 1.2.1 多弹协同导引研究现状11-12
• 1.2.2 多弹编队飞行研究现状12-13
• 1.3 导弹控制研究现状13-15
• 1.4 本文主要内容与安排15-16
• 第2章 导弹四元数模型与分层控制16-30
• 2.1 导弹模型16-22
• 2.1.1 系统坐标系建立16-18
• 2.1.2 坐标系间的转化及角度定义18-20
• 2.1.3 导弹运动方程组20-22
• 2.2 四元数导弹控制标称模型22-26
• 2.2.1 四元数简介22-23
• 2.2.2 导弹控制标称模型23-26
• 2.3 带有参数摄动的导弹控制模型26-29
• 2.4 本章小结29-30
• 第3章 面向多弹协同的姿态控制器设计30-49
• 3.1 多弹协同分层控制30-34
• 3.2 导弹姿态控制器设计34-40
• 3.2.1 滑模变结构控制介绍34-35
• 3.2.2 姿态控制目标35-36
• 3.2.3 自适应滑模姿态控制器36-40
• 3.3 姿态控制系统稳定性分析40-43
• 3.4 导弹姿态控制仿真实验43-48
• 3.5 本章小结48-49
• 第4章 带有参数摄动的导弹姿态控制器设计49-63
• 4.1 带有参数摄动的姿态控制器设计49-52
• 4.1.1 姿态控制目标49
• 4.1.2 自适应滑模姿态控制器49-52
• 4.2 姿态控制系统稳定性分析52-57
• 4.3 导弹姿态控制仿真实验57-61
• 4.4 本章小结61-63
• 第5章 无人平台自驾控制实验系统63-74
• 5.1 姿态控制模拟实验目的63-64
• 5.2 自驾控制实验系统介绍64-69
• 5.2.1 三轴转台65
• 5.2.2 导弹模型65-66
• 5.2.3 电控柜66-67
• 5.2.4 控制软件67-69
• 5.3 系统优化与实验设计69-73
• 5.3.1 姿态控制实验设计69-70
• 5.3.2 实验系统功能拓展70-71
• 5.3.3 实验过程与结果分析71-73
• 5.4 本章小结73-74
• 总结与展望74-76
• 本文主要贡献74
• 进一步展望74-76
• 参考文献76-80
• 攻读学位期间发表论文与研究成果清单80-81
• 致谢81

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本文编号：634632