打击静态目标面对称巡航导弹飞行的多维泰勒网优化控制

摘要

巡航导弹作为一种远程精确制导的高技术武器装备，其具有突防能力强、战术使用多样化、经济性好、消费比高等优点，在海湾战争之后许多国家竞相研制和发展新型巡航导弹。制导控制系统是巡航导弹的核心，也是导弹能够实现稳定飞行和精确打击的关键，本文采用基于频谱分离的设计原则，将巡航导弹制导回路和控制回路分开设计。巡航导弹的数学模型具有机理复杂、强耦合、非线性等特点，本文采用了PID控制、滑模控制(Sliding Mode Control，SMC)、多维泰勒网(Multi-dimension Taylor Network，MTN)优化控制设计控制器，进而控制打击静态目标的面对称巡航导弹，并使用MATLAB软件进行仿真实验。
　　首先比较轴对称导弹与面对称导弹的区别，分析面对称巡航导弹的特点，根据其受力和力矩情况建立非线性、全耦合的导弹六自由度运动方程组，接着介绍导弹的机动性和过载，通过分析导弹制导控制系统，阐述现有的制导方法以及经典的制导律，为导弹制导控制系统的设计奠定基础。
　　采用上述提及的控制方法设计导弹巡航段姿态控制器，采用改进单纯形法对控制器参数进行优化，重点描述SMC控制器和MTN优化控制器的设计过程并对导弹的纵向通道和横侧向通道姿态进行控制。最后设计导弹全通道仿真，分析在不同优化控制器下导弹的姿态控制效果。
　　本文提出了基于多维泰勒网优化控制的打击静态目标面对称巡航导弹制导控制系统设计方法，在制导系统设计中采用重力补偿的比例导引律作为制导律，在控制系统设计中采用倾斜转弯方式对导弹滚转角和过载进行控制，其中引入角速度反馈补偿法，有利于提高导弹的抗干扰性能和快速响应性能。设计积分型滑模优化控制器和多维泰勒网优化控制器，比较上述三种优化控制器的制导控制效果。
　　最后分析导弹仿真系统的设计及采用的仿真算法，引入风干扰模型并将其加入到导弹的数学模型中，比较上述三种优化控制器的姿态控制和制导控制效果。使用MATLAB自带的GUI设计导弹飞行控制系统仿真平台。同等条件下的仿真结果表明在上述三种优化控制方法中多维泰勒网优化控制具有最好的制导控制性能和抗风能力。

目录

声明

摘要

第一章 绪论

1．1 研究背景

1．1．1 巡航导弹简介

1．1．2 导弹制导控制系统

1．2 国内外研究现状

1．2．1 控制系统研究

1．2．2 制导系统研究

1．3 课题的研究内容和结构安排

1．3．1 研究内容

1．3．2 结构安排

第二章 面对称巡航导弹数学模型

2．1 面对称巡航导弹特点

2．1．1 导弹气动布局

2．1．2 巡航导弹的飞行操纵

2．2 常用坐标轴系及其转换

2．2．1 常用的坐标轴系

2．2．2 坐标轴系之间的转换

2．3 导弹运动方程组数学建模

2．3．1 导弹飞行运动的假设

2．3．2 导弹所受力和力矩

2．3．3 导弹动力学方程

2．3．4 导弹运动学方程

2．3．5 辅助方程

2．4 导弹的机动性和过载

2．5 本章小结

第三章 巡航导弹制导控制系统

3．1 制导控制系统组成

3．2 导弹制导系统

3．2．1 导弹制导方法

3．2．2 自动瞄准制导及相对运动方程

3．2．3 遥控制导及相对运动方程

3．3 比例制导模型

3．3．1 比例导引法

3．3．2 比例系数K的选择

3．3．3 比例导引制导控制回路图

3．4 本章小结

第四章 面对称巡航导弹姿态控制器设计

4．1 单纯形法

4．1．1 单纯形法原理

4．1．3 改进单纯形法

4．2 滑模控制器

4．2．1 滑模变结构控制基本概念

4．2．2 滑模变结构控制的基本原理

4．2．3 滑模控制器设计

4．2．4 本节小结

4．3 多维泰勒网控制器

4．3．1 多维泰勒网优化控制简介

4．3．2 多维泰勒网控制器设计

4．3．3 本节小结

4．4 面对称巡航导弹全通道仿真

4．4．1 全通道仿真系统结构图

4．4．2 全通道仿真实现

4．4．3 全通道仿真结果及分析

4．5 本章小结

第五章 面对称巡航导弹制导控制系统设计

5．1 制导系统设计

5．1．1 重力补偿的比例导引律

5．1．2 制导策略

5．2 面对称巡航导弹过载控制

5．2．1 过载控制原理

5．2．2 导弹过载控制系统

5．2．3 过载控制仿真结果

5．3 面对称巡航导弹制导控制器设计

5．3．1 积分型滑模控制器设计

5．3．2 多维泰勒网控制器设计

5．3．3 不同控制器制导控制效果对比

5．4 本章小结

第六章 面对称巡航导弹仿真系统设计

6．1 导弹仿真系统

6．1．1 系统仿真设计流程图

6．1．2 系统仿真模型及仿真算法

6．2 风扰动条件下的导弹运动学模型

6．2．1 大气风模型

6．2．2 大气风模型加入导弹数学模型

6．3 有风扰动下导弹姿态控制仿真实验

6．4 有风干扰下导弹制导控制仿真实验

6．5 系统仿真平台设计

6．5．2 导弹姿态控制的设计

6．5．3 导弹制导控制的设计

6．5．4 全通道仿真的设计

6．6 本章小结

第七章 总结与展望

7．1 主要工作与结果总结

7．1．1 主要工作

7．1．2 结果总结

7．2 后续工作展望

致谢

参考文献

附录

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