滑翔飞行器制导律与自动驾驶仪设计

摘要

滑翔飞行器作为一种空对地武器,有着升阻比大、飞行距离远等优点,但是其攻击特点和结构特点也为其制导回路和控制回路的设计带来了一些挑战。本文以无动力滑翔飞行器为研究对象,设计了其打击地面固定目标时带有末端角度约束的制导律,采用倾斜转弯控制(BTT)方法设计了滑翔飞行器的自动驾驶仪。具体的研究内容主要包括以下几个方面:
　　首先,针对本文所研究的滑翔飞行器的结构特点,给出了其动力学模型和运动学模型;分别在俯冲平面和转弯平面内建立了滑翔飞行器打击地面固定目标时的飞行器与目标的相对运动关系方程,为后续的研究工作奠定基础。
　　其次,将滑翔飞行器打击地面固定目标时的制导律设计问题转化为对基准弹道的跟踪问题。首先应用经典的最优控制理论设计出基准弹道,然后分别设计模糊控制器和非线性广义预测控制(NGPC)控制器,使得滑翔飞行器跟踪基准弹道。仿真结果表明,两种方法均能实现对基准弹道的跟踪,模糊控制器的精度比较高,但是对滑翔飞行器法向加速度的要求也较高,而NGPC控制器的精度较模糊控制器稍差同时对法向加速度的要求比较平滑,工程上易于实现。
　　最后,完成了基于BTT控制的滑翔飞行器自动驾驶仪的设计。在将制导系统给出的过载指令转化为攻角、侧滑角和滚动角指令的基础上,直接针对滑翔飞行器的非线性模型,将自动驾驶仪的设计转化为内、外回路的设计,应用NGPC算法设计内、外回路控制器,根据攻角、侧滑角和滚动角的指令得到所需的舵偏角指令。仿真表明本文所设计的基于BTT控制的滑翔飞行器自动驾驶仪满足工程要求。

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第1章 绪 论

1.1 课题背景及研究意义

1.2 国内外该领域研究现状

1.3 本文主要内容

第2章 滑翔飞行器数学模型

2.1 坐标系定义及坐标系转换

2.2 滑翔飞行器数学模型

2.3 弹目相对运动模型

2.4 本章小结

第3章 带有末端角度约束的制导律设计

3.1 引言

3.2 基于最优控制的基准弹道设计

3.3 基准弹道的非线性跟踪

3.4 本章小结

第4章 滑翔飞行器BTT自动驾驶仪设计

4.1 引言

4.2 飞行器自动驾驶仪的简化数学模型

4.3 基于NGPC的滑翔飞行器BTT自动驾驶仪设计

4.4 滑翔飞行器舵机模型

4.5 仿真分析

4.6 本章小结

结论

参考文献

声明

致谢