滑翔增程制导炮弹的分数阶控制器设计及其特性研究

发布时间：2022-12-07 20:54

　　滑翔增程是制导弹箭众多增程技术中比较有效并易实现的一种方法,本文针对滑翔增程制导炮弹控制系统的一些特点,引入分数阶控制理论,对分数阶控制器在滑翔增程制导炮弹控制系统中的应用进行研究。 本文首先介绍了分数阶微积分的理论知识,重点分析了分数阶微积分算子sα的离散化,提出了两种近似离散方法,即生成函数Tustin算子+Muir （递归形式）展开法和生成函数Tustin算子+CFE（连分式）展开法；然后阐述了整数阶PID控制器与分数阶PIλDμ控制器的定义以及它们的数字实现形式,提出了基于遗传算法和基于单纯形法的分数阶控制器参数整定方法；接着在一定假设条件下,应用小扰动法对滑翔增程制导炮弹的弹道模型进行简化,建立了其传递函数；最后对滑翔增程制导炮弹的整数阶控制器和分数阶控制器分别进行了设计,并对其控制特性进行分析比较。 数值计算结果表明,基于遗传算法联合生成函数Tustin算子+CFE（连分式）的参数整定方法相比其它方法要好,得到的目标函数值和单位阶跃响应的超调量较小。在滑翔增程制导炮弹的控制回路中,设计的分数阶控制器比整数阶控制器有更好的频率特性,并且飞行控制精度更高,抗干扰能力... 

【文章页数】：91 页

【学位级别】：硕士

【文章目录】：
摘要
Abstract
目录
1 绪论
    1.1 滑翔增程制导炮弹概述
    1.2 研究课题的背景及其意义
    1.3 控制器的国内外研究现状以及发展趋势
    1.4 本文的结构布局和主要内容安排
2 分数阶微积分(FOC)与系统的理论基础及其离散化
    2.1 分数阶微积分概况
    2.2 与分数阶微积分相关的一些特殊数学函数
        2.2.1 Gamma函数
        2.2.2 Beta函数
        2.2.3 Mittag-Leffler函数
    2.3 分数阶微积分的几种通用定义式与性质
        2.3.1 Grunwald-Letnikov微积分定义
        2.3.2 Riemann-Liouville微积分定义
        2.3.3 Caputo微积分定义
        2.3.4 各分数阶微积分之间的关系
        2.3.5 FOC的一些基本性质和规律
    2.4 分数阶系统与微分方程的数学描述
    2.5 分数阶微积分的几种基本计算方法
        2.5.1 利用傅里叶级数求具有周期特性函数的微积分
        2.5.2 Grunwald-Letnikov法求分数阶微积分
        2.5.3 Oustaloup滤波法
        2.5.4 离散滤波器近似方法
    2.6 分数阶微积分算子的两种近似离散方法
        2.6.1 Tustin+Muir法
        2.6.2 Tustin+CFE法
    2.7 本章小结
3 控制器设计及其参数整定
    3.1 整数阶PID控制器
        3.1.1 模拟式整数阶PID控制器
        3.1.2 数字式整数阶PID控制器
    3.2 分数阶PI~λDμ控制器
        3.2.1 分数阶PI~λD~μ控制器的定义
        3.2.2 分数阶PIλD~μ控制器的数字实现表达法
        3.2.3 开环系统响应
        3.2.4 闭环系统响应
    3.3 控制器的参数整定
        3.3.1 参数整定的分类
        3.3.2 参数整定的要求
        3.3.3 基于遗传算法的参数整定
        3.3.4 基于单纯形法的参数整定
    3.4 本章小结
4 滑翔增程制导炮弹的受力分析与飞行弹道模型建立
    4.1 常用坐标系及其坐标变换
    4.2 滑翔增程制导炮弹的运动方程
    4.3 制导炮弹的质量变化方程
    4.4 几个角度之间的几何关系
    4.5 控制关系方程
    4.6 滑翔增程制导炮弹的控制系统特性分析
        4.6.1 纵向扰动运动的方程组
        4.6.2 滑翔增程制导炮弹的传递函数
    4.7 弹道特征点的选取
    4.8 本章小结
5 滑翔增程制导炮弹分数阶控制器设计
    5.1 俯仰角稳定回路中的控制器设计
    5.2 高度控制回路中的控制器设计
    5.3 数字仿真分析
        5.3.1 俯仰角稳定回路的控制性能分析
        5.3.2 高度回路控制的特性分析
        5.3.3 弹道仿真分析
    5.4 本章小结
6 结束语
致谢
参考文献


【参考文献】：
期刊论文
[1]高超声速飞行器自抗扰分数阶PID控制器设计（英文）[J]. 秦昌茂,齐乃明,吕瑞,朱凯.  Transactions of Nanjing University of Aeronautics ＆ Astronautics. 2011(03)
[2]制导弹箭分数阶控制系统[J]. 史金光,王中原,常思江,张比升.  南京理工大学学报(自然科学版). 2011(01)
[3]高超声速飞行器再入分数阶PIλDμ姿态控制[J]. 秦昌茂,齐乃明.  弹箭与制导学报. 2010(04)
[4]基于改进多目标遗传算法的非线性PID控制器参数设计[J]. 王志心,雎刚.  江苏电机工程. 2010(01)
[5]基于遗传算法的分数阶PIλDμ控制器参数分级整定[J]. 李文,刘洋.  大连交通大学学报. 2009(06)
[6]改进遗传算法PID参数整定及在漂白温度控制中的应用[J]. 唐德翠.  计算技术与自动化. 2009(04)
[7]滑翔增程弹滑翔弹道优化设计分析[J]. 肖亮,王中原,周卫平,易文俊.  海军工程大学学报. 2009(01)
[8]分数阶控制研究综述[J]. 朱呈祥,邹云.  控制与决策. 2009(02)
[9]分数阶控制器与整数阶控制器仿真研究[J]. 赵春娜,赵雨,张祥德,李英顺.  系统仿真学报. 2009(03)
[10]单纯形法的计算机算法实践[J]. 钱哨,黄少波.  交通部管理干部学院学报. 2008(04)

博士论文
[1]炮弹滑翔弹道设计与控制弹道特性研究[D]. 史金光.南京理工大学 2008
[2]基于分数阶微积分的飞航式导弹控制系统设计方法研究[D]. 张邦楚.南京理工大学 2005
[3]分形函数与分数阶微积分：构造性方法的应用[D]. 姚奎.浙江大学 2003

硕士论文
[1]分数阶模型的离散化方法研究[D]. 白晶.大连交通大学 2010
[2]分数阶控制系统与控制器设计[D]. 贾银刚.东北大学 2005



本文编号：3712831