大角度俯冲攻击导引与控制一体化设计研究

摘要

目前随着导弹防御系统的发展，需要新一代导弹具备高速、远程和较好的突防能力，为此，本文所研究的超声速导弹采用了全程高空巡航、末端直接俯冲打击目标、俯冲中加入侧向机动的飞行方案。在高速、大空域飞行和高机动俯冲的条件下，导弹的空气动力学参数变化范围很宽。为了保证良好的操纵性、稳定性、快速性和满足大机动的要求，需要自适应性好、鲁棒性强的控制回路设计。本文将随机鲁棒控制分析与设计方法应用于导弹姿态控制系统的设计之中，设计了该导弹的姿态控制器。主要的工作如下：
　　首先，给出了导弹动力学建模过程，在详细分析导弹动力学与运动学的基础上，得到了导弹的数学模型，并在允许的条件下简化得到了导弹线性化小扰动短周期运动模型。
　　其次，采用鲁棒的方法设计控制律。依据系统鲁棒稳定性和鲁棒性能指标的设计要求，建立面向于工程设计的随机鲁棒代价函数。通过蒙特卡罗估计方法来确定度量值的概率，并在每个样本处检验系统闭环特性的可接受性。然后通过随机鲁棒代价函数来对系统稳定性和性能指标间不均衡度量值进行协调。应用遗传算法对代价函数进行优化，进而获得最优补偿器G。建立线性最优二次型(LQR)状态调节器，设计目标函数，根据优化的设计向量以及被控对象模型求解出鲁棒控制律。随后对包含控制器的导弹闭环系统的有关特性进行分析。
　　再则，对下滑过程中的机动分别采用BTT和STT控制技术进行设计，探讨了满足制导结束时散布要求情况下的最大机动能力，并对二者进行比较。
　　最后，根据导弹动力学和运动学模型，进行了6DOF数学仿真。分别完成不考虑和考虑有关干扰及测量信息误差情况下的仿真，探讨中制导结束时位置、速度、姿态的散布精度并分析影响因素，提出改进设想；在满足中制导散布精度要求的情况下，提出弹道和控制律设计的有关设计准则。

目录

大角度俯冲攻击导引与控制一体化设计研究

RESERCH OF HIGH DIVINGATTACKING ANGLE INTEGRATEDGUIDANCE AND CONTROL DESIGN

摘 要

Abstract

绪论

1.1 课题背景

1.2 国内外研究概况

1.3 本课题的主要研究内容

第2章 导弹数学模型

2.1 作用在导弹上的力和力矩

2.2 导弹模型

2.2.1 动力学与运动学模型

2.2.2 舵机模型

2.2.3 发动机模型

2.3 导弹控制系统建模

2.3.1 非线性解耦

2.3.2 过载反馈控制模型

2.3.3 小扰动运动模型

2.4 风干扰模型

2.5 本章小结

第3章 导弹随机鲁棒制导控制系统设计

3.1 随机鲁棒分析与设计方法

3.2 最优二次型（LQR）状态调节器

3.3 遗传算法概述

3.3.1 遗传算法的基本思想

3.3.2 遗传算法的基本流程

3.4 基准运动选取

3.5 系统不确定向量

3.6 随机鲁棒控制律设计流程

3.7 采用气流角反馈的控制律设计

3.7.1 定高巡航段俯仰通道控制律设计

3.7.2 定高巡航段横侧通道控制律设计

3.7.3 低空爬升段（低空俯冲段）控制律设计

3.7.4 高空爬升段（高空俯冲段）控制律设计

3.8 采用过载反馈的BTT转弯控制律设计

3.9 采用过载反馈的STT转弯控制律设计

3.10 随机鲁棒控制系统分析

3.11 虚拟目标导引方法

3.12 导弹俯冲机动设计

3.12.1 程序弹道蛇行机动方法设计

3.12.2 虚拟目标导引蛇行机动方法设计

3.13 本章小结

第4章 全弹道六自由度非线性系统仿真分析

4.1 导弹典型弹道

4.2 程序弹道仿真

4.2.1 程序信号生成

4.2.2 采用气流角反馈/BTT转弯弹道仿真

4.2.3 采用过载反馈/BTT转弯弹道仿真

4.2.4 采用过载反馈/STT转弯弹道仿真

4.2.5 风干扰下过载反馈/STT转弯弹道仿真

4.2.6 风干扰下中制导末端散布仿真

4.2.7 导弹机动仿真

4.3 虚拟目标导引弹道仿真

4.4 弹道仿真结果分析

4.5 本章小结

结论

参考文献

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致 谢

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