带有约束的导弹制导控制技术研究

发布时间：2020-03-29 19:17

【摘要】：近年来,科技不断发展,导弹的性能逐步提升,目标的主动防护能力也在逐渐增强,传统的攻击方式无法对目标发挥最大程度的毁伤,对于导弹的制导控制提出了更多的约束以及更高的要求。制导控制技术作为现代武器实现精确打击的重要保障环节,本文针对带有约束的制导与控制问题,以最优控制、滑模控制以及模糊控制三种控制方法,对导弹的制导以及控制系统进行了研究。主要内容如下:首先,根据导弹质心以及姿态的运动学以及动力学方程,进行相应的假设与简化,建立了导弹的运动的非线性数学模型。其次,对考虑带有落角约束的制导律设计问题进行了研究。对三维空间内的制导问题进行简化解耦,分别对两平面内的制导律进行设计,根据简化模型线性化处理建立状态方程,采用了最优控制理论,设计了一种滑模的最优趋近律,引入终端滑模控制的方法设计了最优滑模制导律;考虑自动驾驶仪环节的滞后特性,在制导律建模引入滞后环节,应用施瓦兹不等式的方法设计了最优制导律。再次,针对协同制导问题进行研究。以经典的激光驾束协同制导为研究背景,针对干扰导致追尾的问题进行分析,建立了干扰判断模型;考虑时间与角度双重约束,采用终端滑模控制,设计了可以实现时间约束、角度约束的制导律,根据模糊控制理论,建立了模糊切换规则,设计出可以实现双重约束的三维制导律。然后,针对两回路自动驾驶仪设计进行了研究。针对导弹非线性数学模型,进行假设简化处理,将制导控制模型线性化处理,对LQR以及LQR拓展形式在自动驾驶仪设计中的应用进行探究。最后,从导弹六自由度全仿真的角度,设计了一种可以切换控制方式便于用户操作的软件系统。
【图文】：

随着现代科技的日益发展与创新，目标的主动防护能力也在日益增强，为精确打击造成了不小的麻烦，对于精确制导的要求越来越高，在要求命中目标以外，还需要满足其他约束条件，近年来随着新作战要求的提出以及新的技术应用，给导弹制导控制的设计带来了全新的问题与挑战。导弹的制导控制技术，在导弹总体设计的过程占据了举足轻重的地位，是导弹实现作战任务的重要环节，基于某型号反坦克导弹[1-3]实际遇到的问题展开拓展与延伸，以及当前发展趋势下对于制导控制提出的新要求，该选题的研究显得尤为重要。传统的导弹制导系统从功能上分为导引系统以及控制系统两个部分，如图 1.1 所示。导引系统的作用是在导弹飞行过程中，根据测量设备获取导引所需基本信息，从而根据相应设计准则与要求形成导引指令。而控制系统的作用是来响应导引传来的指令信号形成控制指令，控制操纵机构进行相应的动作，通过改变导弹上的力与力矩，从而对弹体的飞行姿态以及飞行轨迹进行调整，另外还需要考虑在控制过程中系统具备一定的抗干扰性，来保证导弹稳定飞行。一般的情况下，为了实现导引精度以及控制品质，制导控制系统为多回路系统，控制回路作为内回路本身有可能是多回路控制。

时具有攻击角度和攻击时间约束的四维制导律。综合考虑导弹系统的动态特性导弹自身的过载约束以及弹道的收敛性约束采用自动控制原理和变系数比例导引律理论对制导律的参数进行了设计给出了取值方法。仿真结果表明所设计的制导律能够使多枚导弹在满足过载约束的前提下弹道前段弯曲末段收敛实际攻击角与理想攻击角之差小于实际攻击时间与理想攻击时间之差小于可有效实现对目标的协同攻击。1.3 本文的主要研究内容以及章节安排本文以两发导弹协同攻击目标问题为研究对象，，以多约束条件下的制导控制为研究问题，以最优控制理论、滑模控制理论以及模糊理论为研究方法，研究思路架构如图 1.2 所示。首先给出了导弹飞行的数学描述模型，在三维空间内进行相应的简化，采用最优、滑模以及模糊的手段对制导控制两部分分别进行独立设计，最终设计了界面将整个系统进行封装，完成了学位论文研究。
【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

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本文编号：2606404