基于T-S模糊模型的防空导弹控制系统设计

摘要

防空拦截弹以直接碰撞的方式摧毁目标，其响应速度与精度决定了防空导弹的实现能力。根据大气层内防空导弹所处区域的不同，舵控效率也会发生改变。当防空导弹于低空拦截目标时，由于低空动压满足要求，仅靠舵控便可实现对目标的快速响应与跟踪；当防空导弹于中高空拦截目标时，舵控效率明显下降，使得防空导弹的响应速度也随之降低，此时利用直接力/气动力复合控制拦截导弹减少系统的响应时间。本文分别针对尾控式导弹和复合控制导弹设计了输出跟踪控制系统。
　　首先，推导并建立防空导弹控制系统的非线性模型，基于防空导弹运动方程，给出了气动力控制及复合控制下防空导弹三通道的控制系统模型。
　　然后，以俯仰通道为例，分别针对尾控式导弹和直接力/气动力复合控制导弹舵控子系统进行T-S模糊建模。由于攻角的不可测性，根据并行分布式补偿原则，采用基于观测器的模糊控制律。根据性能分析的方法分析控制系统的稳定性和跟踪性能，求解线性矩阵不等式并得到控制系统模糊控制器的增益矩阵；对于直接力/气动力复合控制导弹直接力作用子系统，采用Mamdani模糊控制方法控制直接力的输出，解决了防空导弹在中高空因舵控效率不足无法快速响应的问题。对尾控式导弹和直接力/气动力复合控制导弹的控制系统设计分别进行Matlab仿真，实验结果的比较与分析表明论文所用方法能够较好地实现防空导弹输入过载指令的跟踪。
　　其次，考虑了防空导弹控制系统中执行器动态特性的问题，许多控制方法在假设执行器动态特性足够快的前提下不考虑其动态特性，然而在实际情况中，执行器动态的存在可能会令控制器的性能降低，因而本论文根据反步法的思想在执行器动态模型的基础上设计执行器动态补偿器并消除其影响；本论文在加入外界有界干扰和噪声的条件下实现控制器的优化，通过Matlab仿真，实验结果表明执行器动态补偿器能够实现将控制器输出与执行器的输出误差在有限时间内渐近收敛到零，并且在外界有界干扰和噪声条件下，控制系统的输出过载能够实现对参考过载指令的跟踪。
　　最后，本文通过完整的防空导弹三通道控制系统仿真，验证了设计方法的有效性。

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第1章 绪论

1.1 课题背景及研究意义

1.2 国内外研究现状

1.3 T-S模糊控制方法的介绍

1.4 主要研究内容

第2章 防空导弹控制系统数学模型建模

2.1 坐标系及其转换关系

2.2 导弹运动数学模型

2.3 本章小结

第3章 基于T-S模糊模型的防空导弹控制器设计

3.1 引言

3.2 尾控式导弹控制系统的T-S模糊建模

3.3 直接力/气动力导弹系统模型

3.4 基于观测器的模糊控制律的设计

3.5 仿真结果

3.6 本章小结

第4章 控制器设计的优化

4.1 执行器动态对控制性能的影响及分析

4.2 外部干扰条件下控制器的设计

4.3 仿真结果

4.4 本章小结

第5章 防空导弹三通道控制系统设计

5.1 引言

5.2 防空导弹三通道控制系统设计

5.3 仿真结果

5.4 本章小结

结论

参考文献

攻读硕士学位期间发表的论文及其它成果

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