空空导弹制导与控制算法研究

摘要

导弹制导与控制系统是导弹系统的核心组成部分。导弹的打击精度取决于其制导与控制系统的性能优劣。特别地，在现代战争模式下，导弹的作战环境复杂多变，在大空域高机动飞行时受到外部干扰的影响也越来越大。同时，航空工业的发展也使得拦截目标的对抗性和机动性越来越强。以上众多的因素，对现代导弹制导与控制系统均提出了更为严格的要求。本文以空空导弹为对象，设计导弹制导与控制系统算法。主要内容如下:
　　首先建立了空空导弹数学模型。介绍了导弹运动学分析过程中常用的坐标系以及坐标系间转换关系，然后对作用在导弹上的力和力矩进行分析，在此基础上建立导弹运动学方程和动力学方程。根据导弹-目标（弹-目）三维空间运动关系推导出弹-目三维空间模型，据此进行导弹制导系统的设计。另外，以导弹控制系统的俯仰通道为例对控制系统进行研究，建立了导弹控制系统俯仰通道标称模型。
　　其次设计了空空导弹末段制导律。针对目标有大机动或时变机动的情况，运用内模原理和反步设计法，设计了基于内模原理的自适应制导律。设计过程中将目标机动视为由外部系统产生的未知扰动，运用内模原理，设计自适应扰动观测器，得到干扰估计值;然后与目标无机动时设计的标称制导律结合，得到最终的自适应内模制导律。通过理论分析证明了该方法的稳定性和准确性。仿真结果表明，该闭环系统能对外部干扰进行实时估计，具有良好的干扰抑制能力和制导性能。
　　再次设计了空空导弹控制律。在控制系统俯仰通道标称模型基础上，考虑在实际飞行过程中，由实验得到的导弹空气动力系数存在一定误差，本文对导弹控制系统进行了不确定性描述。在此不确定模型基础上设计鲁棒控制律。仿真结果表明受控系统具有较强的鲁棒性和稳定性。同时，考虑高空飞行时导弹空气舵控制效率下降，系统响应变慢，引入气动力/直接力复合控制，设计了气动力/直接力分配策略。理论分析和数值仿真结果均表明，气动力/直接力复合控制相比单独依靠空气舵控制能加快系统响应速度。
　　最后，对全文工作做了总结以及对未来工作的展望。

目录

声明

致谢

摘要

1．1 课题背景与意义

1．2 空空导弹发展现状与趋势

1．3 导弹末制导律研究现状

1．4 干扰抑制理论研究现状

1．5 导弹控制系统设计方法研究现状

1．5．1 常规控制系统设计方法

1．5．2 气动力／直接力复合控制

1．6 本文主要内容

2 空空导弹数学模型

2．1 常用坐标系及坐标系之间的转换

2．1．1 常用坐标系

2．1．2 坐标系之间的转换关系

2．2 空空导弹运动模型

2．1．1 作用在导弹上的力

2．2．2 导弹运动学方程

2．2．3 导弹动力学方程

2．2．4 导弹质量变化方程

2．3 空空导弹制导模型

2．4 空空导弹控制系统模型

2．4．1 控制系统标称模型

2．5 本章小结

3 空空导弹末制导律设计

3．1 引言

3．1．1 内模原理

3．1．2 外部干扰

3．2 制导律设计

3．2．1 标称制导律设计

3．2．2 扰动估计

3．2．3 自适应内模制导律

3．3 稳定性证明与分析

3．4 仿真结果与分析

3．5 本章小结

4 空空导弹姿态控制系统设计

4．1 鲁棒控制律设计

4．1．1 控制系统不确定性建模

4．1．2 控制律设计

4．2 气动力／直接力复合控制设计

4．2．1 气动力／直接力复合控制模型

4．2．2 复合控制律设计

4．3 稳定性证明与分析

4．4 仿真结果与分析

4．5 本章小结

5．1 结论

5．2 展望

参考文献

作者简历及攻读硕士学位期间取得的研究成果

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