自旋制导炮弹鲁棒自适应控制方法研究

发布时间：2024-04-02 20:56

　　现代战争对制导炮弹的飞行控制性能提出了更高的要求,而自旋制导炮弹本身是一个复杂的非线性时变模型,给飞行控制设计带来了困难。本研究针对自旋制导炮弹飞行过程中具有飞行空域大、强耦合和参数大范围时变特点,研究了其鲁棒自适应控制问题。 建立了自旋制导炮弹六自由度运动学模型,利用“小扰动”和冻结系数法,得到了弹体的传递函数。对炮弹弹体的动态特性进行了分析,并采用PID和专家PID为制导炮弹设计了过载自动驾驶仪,仿真结果表明基于专家PID的过载自动驾驶仪响应速度更快,且能够在线调整PID参数值,具有较好的鲁棒性和自适应性。 研究了自旋制导炮弹非线性控制系统设计方法,基于反步设计方法为炮弹设计了双通道非线性控制器,并在matlab/simulink环境下对其进行了仿真,理论分析和仿真结果均表明,该算法能够处理系统的非线性特性,并且具有一定的鲁棒性,但是在推导过程中会带来“项数膨胀”问题,因而在反步设计中加入了一阶低通滤波器给予消除,降低了控制器的复杂度,同时通过参数适应律在线估计不确定气动参数以进一步增强系统的鲁棒性。仿真表明,在气动参数不确定和外界干扰的条件下,该控制器具有较好的跟踪性能。 传统的...

【文章页数】：100 页

【学位级别】：硕士

【文章目录】：
摘要
Abstract
目录
1 绪论
    1.1 本课题研究背景、意义和目的
        1.1.1 背景、意义
        1.1.2 目的
    1.2 飞行控制系统方法综述
    1.3 非线性控制系统的发展
    1.4 本文的研究内容和结构
2 自旋制导炮弹飞行力学模型
    2.1 自旋制导炮弹常用坐标系及其转换
        2.1.1 自旋制导炮弹常用坐标系
        2.1.2 各坐标系之间的关系及其转换
    2.2 作用在自旋制导炮弹上力和力矩
        2.2.1 作用在自旋制导炮弹上力
        2.2.2 作用在自旋制导炮弹上的力矩
    2.3 舵面分布与控制力的产生
        2.3.1 舵面分布及转换
        2.3.2 控制力的产生
    2.4 自旋制导炮弹力学模型
        2.4.1 质心运动的动力学方程
        2.4.2 绕质心转动的动力学方程
        2.4.3 自旋制导炮弹运动学方程
        2.4.4 几何关系方程
        2.4.5 质量变化
        2.4.6 自旋制导炮弹运动方程组
    2.5 小结
3 制导炮弹线性控制设计与分析
    3.1 自旋制导炮弹扰动运动方程组
    3.2 制导炮弹纵向扰动运动传递函数
    3.3 炮弹动态特性分析
        3.3.1 自旋制导炮弹的耦合因素
        3.3.2 弹体特性分析
    3.4 自旋制导炮弹线性控制系统设计
        3.4.1 自动驾驶仪与稳定回路概述
        3.4.2 PID控制器方法及参数设计原则
        3.4.3 俯仰通道稳定回路设计
    3.5 制导炮弹的专家PID控制
        3.5.1 专家控制系统
        3.5.2 制导炮弹专家PID控制器的设计
        3.5.3 仿真与结果分析
    3.6 总结
4 基于backstepping的自旋制导炮弹非线性控制器设计
    4.1 制导炮弹非线性模型的建立
    4.2 系统的耦合性和不确定性
        4.2.1 耦合性分析
        4.2.2 不确定性分析
    4.3 非线性稳定理论
    4.4 基于反步法的控制律设计
    4.5 基于反步法设计的自旋制导炮弹控制系统
        4.5.1 控制器设计目标
        4.5.2 俯仰通道控制器设计
        4.5.3 俯仰通道稳定性证明
        4.5.4 偏航通道控制器设计
        4.5.5 偏航通道稳定性证明
        4.5.6 仿真与分析
    4.6 小结
5 基于不确定性的自旋制导炮弹鲁棒自适应控制系统设计
    5.1 基于动态面设计的自旋制导炮弹非线性控制系统
        5.1.1 自旋制导炮弹非线性模型的转换
        5.1.2 鲁棒自适应控制系统设计
        5.1.3 仿真与分析
    5.2 基于Immersion and Invariance的制导炮弹鲁棒自适应控制系统设计
        5.2.1 相关理论
        5.2.2 鲁棒自适应控制系统设计
        5.2.3 仿真与分析
    5.3 总结
6 自旋制导炮弹的自适应鲁棒控制系统设计
    6.1 制导炮弹非线性数学模型
    6.2 自适应鲁棒控制系统设计
    6.3 仿真与分析
    6.4 总结
7 总结与展望
    7.1 总结
    7.2 展望
致谢
参考文献
附录



本文编号：3946193