基于滑模控制的空空导弹敏捷转弯控制研究

摘要

随着航空技术的发展，空空导弹逐渐成为空战的主要武器。现代近距离格斗空空导弹具有具有快速响应、快速机动、大速率转弯等特点，越肩发射作为一种新型的攻击方式，已经成为现代空空导弹的关键技术之一。国内外的学者对敏捷转弯的姿态控制进行大量的研究表明:控制系统的精度不仅与配置硬件的性能和精度相关，而且还与采用的姿态控制方法紧密相关。针对敏捷转弯的姿态控制方法，本文将高阶滑模变结构控制理论引入到导弹的姿态控制系统，建立用于姿态控制的动力学模型，给出了姿态控制系统及基于二阶给定收敛律算法的敏捷转弯气动力/直接力复合控制律，并使用MATLAB仿真软件对敏捷转弯进行仿真，验证了所设计的复合控制律的有效性，本文主要内容如下:
　　1、阐述了选题背景及研究意义，并分析了国内外的相关研究状况，存在的不足之处及发展的趋势。
　　2、对空空导弹进行数学建模。首先，从空空导弹运动建模的基本定理入手;其次，考虑了空空导弹建模坐标系及在不同坐标系下的变换关系;最后，建立了空空导弹运动及姿态控制的数学模型。
　　3、针对传统的滑模变控制设计的控制律会使姿态控制系统不稳定的问题，分析了系统产生抖振的原因及削弱方法，引入高阶滑模控制理论，给出可以有效抑制和削弱抖振的二阶滑模控制的定义及相关算法。
　　4、分析敏捷转弯的纵向姿态，给出姿态控制指令及滑模面，设计了基于二阶给定收敛律算法的敏捷转弯气动力/直接力复合控制律并使用Matlab进行仿真，结果证明了所给出的基于给定收敛律算法的敏捷转弯复合控制律能够有效的削弱系统抖振并减少控制力的消耗。
　　5、分析了敏捷转弯的气动力/直接力的分配策略，给出了基于进化策略算法的气动力与直接力控制指令的优化分配方法，最后利用模糊推理实现直接力大小及方向的动态分配。

目录

声明

摘要

第一章 绪论

1．1 选题背景及研究意义

1．1．1 选置背景

1．1．2 研究意义

1．2 国内外研究现状及发展趋势

1．2．1 国外研究现状

1．2．2 国内研究现状

1．2．3 存在的问题及发展趋势

1．3 本文结构

第二章 空空导弹数学模型的建立

2．1 空空导弹运动的建模基础

2．1．1 运动的基本定理

2．1．2 运动建模的简化处理

2．2 空空导弹建模坐标系及变换

2．2．1 坐标系定义

2．2．2 坐标系变换

2．3 空空导弹运动的数学建模

2．3．1 导弹绕质心运动的运动学方程

2．3．2 导弹绕质心转动的运动学方程

2．4 空空导弹姿态控制模型的建立

2．4．1 空气动力系数模型

2．4．2 直接侧向力模型

2．4．3 姿态控制的数学模型

2．5 本章小结

第三章 滑模变结构控制

3．1 传统滑模变结构控制

3．1．1 基本概念

3．1．2 基本要素

3．1．3 设计方法

3．1．4 产生抖振原因及削弱方法

3．2 高阶滑模变结构控制

3．2．1 高阶滑模的定义

3．2．2 二阶滑模控制的定义

3．2．3 二阶滑模控制的算法

3．3 本章小结

第四章 基于二阶滑模的气动力／直接力控制律

4．1 纵向姿态分析

4．2 姿态控制指令

4．3 滑模面设计

4．4 气动力／直接力复合控制律

4．4．1 直接力控制指令

4．4．2 未失速阶段控制律

4．4．3 失速阶段控制律

4．5 仿真实验及分析

4．5．1 一阶滑模控制仿真

4．5．2 二阶滑模控制仿真

4．5．3 一阶与二阶滑模控制的仿真对比

4．5．4 二阶滑模控制不同初始姿态角的仿真对比

4．6 本章小结

第五章 基于气动力／直接力的控制分配

5．1 气动力／直接力复合控制模型

5．2 气动力／直接力复合控制系统

5．2．1 基于气动力／直接力的复合控制律

5．2．2 基于进化策略的复合控制指令分配

5．2．3 基于模糊推理系统的直接力分配

5．3 本章小结

第六章 总结与展望

6．1 论文总结

6．2 研究展望

参考文献

攻读硕士学位期间的研究成果及参与的科研项目

致谢