红外导引头控制系统设计及其建模与仿真

摘要

导引头作为制导武器最重要的部分之一，其主要作用在于对目标进行自动搜索、识别及跟踪。导引头伺服系统是导引头实现搜索和跟踪功能核心执行装置，它的性能对导引头精度有着重要的作用。对导引头伺服系统进行控制器设计，对提高导引头伺服系统的功能有着重要的意义。
　　本文介绍了导引头伺服系统的结构组成和工作原理；对导引头两轴两框架伺服系统进行详细的运动学模型和动力学模型分析，并通过对系统结构和数学模型的分析，建立导引头伺服系统各部分数学模型；根据导引头伺服系统的数学模型，搭建控制回路，运用三种控制方法设计控制器，并仿真对比。基于以上内容，对导引头伺服系统的俯仰框架的稳定回路搭建传递函数形式的数学模型，包括考虑干扰的模型和简化后的模型。应用传统PID控制、模糊自适应PID控制和滑模变结构控制三种方法分别设计控制器，最后在MATLAB/Simulink下进行了仿真实验。仿真表明，当采用传统PID控制不能保证系统跟踪精度，且抗干扰能力一般，不符合设计要求；采用滑模控制和模糊自适应PID控制可以满足系统稳定精度和抗干扰的要求，但前者响应时间过长，且存在“抖振”现象，因此也不符合设计要求。模糊自适应PID控制不仅能保证稳定精度和抗干扰，而且反应迅速，使用起来灵活简便，符合本文的设计要求。

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第1章 绪 论

1.1研究的背景和意义

1.2 成像导引头及伺服系统发展概况与工作原理

1.3 模糊PID控制在导引头控制中的应用和发展现状

1.4 滑模控制在导引头控制中的应用与发展现状

1.5 本文的主要工作

第2章 导引头伺服控制系统分析与数学模型建立

2.1 伺服系统介绍

2.2伺服机构的运动学和动力学模型

2.3 本章小结

第3章 伺服控制系统设计

3.1 系统各部分数学模型

3.2 隔离度的概念

3.3 视轴稳定系统分析

3.4 框架最大速度和最大加速度

3.5 本章小结

第4章 伺服系统控制器设计

4.1 传统PID控制

4.2 模糊自适应PID

4.3 滑模控制器设计

4.4 本章小结

第5章 伺服控制系统仿真与对比

5.1 仿真介绍

5.2 仿真对比

5.3 本章小结

结论

参考文献

攻读硕士学位期间发表的论文和取得的科研成果

致谢