鸭式布局双旋稳定弹飞行控制方法研究

摘要

现代战争对常规弹箭武器系统的性能指标提出了更高的要求，对大量装备部队的常规旋转稳定弹进行制导化设计可以大大提高常规部队的战斗力。旋转稳定弹高速旋转的特性，使其在飞行过程中具有很好的抗干扰能力，同时也增加了对其进行二维弹道修正的难度。本文以一种鸭式布局双旋稳定弹为研究对象，对其弹道特性、飞行稳定性、控制方法和制导方案等方面进行了系统的研究。具体的研究内容主要包括以下几个方面:
　　1.针对本文研究的鸭式布局双旋稳定弹的特殊结构进行了分析，在质量分布均匀并关于弹体纵轴对称、前后体质心和全弹质心都在弹体纵轴上的假设下，结合该双旋稳定弹的结构特性与常规制导弹箭6DOF建模的方法，对作用在该双旋稳定弹上的力和力矩进行了分析，推导了其动力学模型和运动学模型，最终建立了鸭式布局双旋稳定弹7DOF刚体弹道模型。
　　2.以鸭式布局双旋稳定弹7DOF刚体弹道模型为基础，分别对其在无控和有控的条件下进行了弹道仿真，对其弹道特性进行了分析。针对鸭式布局双旋稳定弹的双旋结构和高速旋转特性，利用有控弹道的复攻角运动方程，对其陀螺稳定性、动态稳定性和追随稳定性等飞行稳定性能指标进行了分析，并对该双旋稳定弹的7DOF刚体弹道模型进行算例仿真验证了其飞行稳定性。
　　3.基于鸭式布局双旋稳定弹7DOF刚体弹道模型，简化并推导了适用于控制系统的非线性动力学模型。推导了一种求取飞行弹道区域平衡点的方法。以该区域平衡点作为弹道基准点，建立了该鸭式布局双旋稳定弹的准线性参变模型。在系统状态可测的前提条件下，分别使用H2鲁棒控制方法和H∞鲁棒控制方法对该模型的控制器进行了设计，并通过算例仿真对两种方法进行了比较与分析。
　　4.对鸭式布局双旋稳定弹的末制导律进行了研究。首先利用经典理论中的修正比例导引法设计了该双旋稳定弹的末制导律，并进行了算例仿真。针接着，采用现代控制理论中的弹道预测理论在测量数据有限的情况下对其末制导律进行了设计;对地面低机动性目标，将双旋稳定弹对目标的追踪问题转换为对设立的理想弹道的追踪问题，通过算例仿真验证了其正确性，并分析比较了两者的优缺点。

目录

声明

摘要

第1章 绪论

1．1 研究背景及意义

1．2 双旋稳定弹概念描述

1．3 双旋稳定弹国内外研究概况

1．3．1 双旋稳定弹国外研究概况

1．3．2 双旋稳定弹国内研究概况

1．4 弹箭控制理论研究概况

1．5 弹箭导引律设计方法研究概况

1．6 本文主要研究内容

第2章 鸭式布局双旋稳定弹飞行力学建模

2．1 概述

2．2 坐标系及其转换

2．2．1 坐标系的定义

2．2．2 坐标系间的转换关系

2．3 作用在鸭式布局双旋稳定弹上的力和力矩

2．3．1 重力

2．3．2 鸭式布局双旋稳定弹所受气动力和力矩

2．3．3 鸭舵产生的控制力和力矩

2．3．4 前后体之间的相互作用与力矩

2．4 鸭式布局双旋稳定弹7DOF刚体弹道模型

2．4．1 鸭式布局双旋稳定弹运动学方程

2．4．2 鸭式布局双旋稳定弹动力学方程

2．4．3 空气动力和力矩模型

2．4．4 几何转换关系

2．4．5 鸭舵舵机结构模型

2．4．6 鸭式布局双旋稳定弹7DOF空间运动数学模型

2．5 本章小结

第3章 弹道仿真与稳定性分析

3．1 引言

3．2 算例仿真与分析

3．2．1 无控条件下的弹道仿真

3．2．2 有控条件下的弹道仿真

3．3 飞行稳定性分析

3．3．1 复攻角运动方程

3．3．2 稳定性分析

3．4 本章小结

第4章 鸭式布局双旋稳定弹自动驾驶仪设计

4．1 引言

4．2 鲁棒控制理论基础知识

4．2．1 线性矩阵不等式(LMI)的相关知识

4．2．2 H∞控制理论

4．2．3 H2控制理论

4．3 非线性动力学模型

4．4 区域平衡点

4．5 准线性参变模型

4．6 控制器设计

4．3．1 开环模型

4．6．2 控制器综合

4．7 算例仿真

4．8 本章小结

第5章 鸭式布局双旋稳定弹的制导律设计

5．1 引言

5．2 修正比例导引法

5．2．1 相对运动方程

5．2．2 广义比例导引法

5．2．3 修正比例导引法

5．2．4 算例仿真

5．3 弹道预测导引律

5．3．1 弹道预测方法

5．3．2 基于弹道预测的导引律设计

5．3．3 算例仿真

5．4 本章小结

6 总结和展望

6．1 本文总结

6．2 展望

攻读学位期间发表论文与研究成果清单

致谢

参考文献