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防空导弹直接力和气动力复合控制技术研究

作　者: 朱隆魁
导　师: 余梦伦；汤国建
学　校: 国防科学技术大学
专　业: 航空宇航科学与技术
关键词: 防空导弹复合控制姿态稳定系统制导律脱靶量侧喷干扰脉冲推力矢量控制六自由度弹道仿真
分类号: TJ765.2
类　型: 博士论文
年　份: 2008年
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内容摘要

直接侧向力和气动力复合控制技术是先进防空导弹拦截末段制导控制方面的关键技术,是其对付高速机动目标、兼有反导能力以及发展成为动能拦截弹最现实有效的技术途径。本文就上述关键技术进行了系统而深入的研究。建立了防空导弹拦截末段六自由度弹道数学模型,在弹体慢旋的条件下讨论了视线转率在不同坐标系的表现形式,在考虑目标机动的情况下推导了相对运动的状态空间模型,并据此研究了拦截末段对付机动目标的自适应滑模制导律,有效地减小了拦截脱靶量。根据变结构系统所满足的匹配条件,从理论上证明了该制导律对系统参数摄动和外界干扰的鲁棒性,提出了利用模糊控制理论消除制导律抖动的方法,使之能根据目标机动性能的强弱自动改变变结构项的强度,进一步提高了制导精度。鉴于拦截末端视线转率发散的现象,研究了利用预测脱靶量进行预测脱靶制导的方法,给出了预测脱靶量的计算方法。结合研究背景,分别进行了防空导弹滚动通道和侧向姿态稳定控制系统设计。根据导弹特点,进行了拦截末段弹体慢旋的需求分析,建立了滚动通道状态空间模型,基于内模原理,在时域内采用无静差跟踪控制理论设计了滚动通道姿态稳定系统,利用主导极点对方法配置了系统的闭环极点。经过仿真分析认为该控制系统具有很好的鲁棒性,能确保导弹在拦截末段保持滚动角速度稳定。在姿控固体小火箭侧喷干扰影响分析的基础上提出了姿控固体小火箭和空气舵的复合控制组合形式,基于二次型最优跟踪控制原理设计了侧向复合控制姿态稳定系统并确定了最优反馈增益系数,引入限幅环节,通过系统对控制非线性的容限证明了系统的稳定性,根据系统满足的频域条件从理论上给出了稳定裕度,小回路仿真结果表明在特征点处系统具有很好的动态性能,响应时间小于0.1秒。考虑实际情况,选择导弹飞行速度和高度作为调度变量,利用增益调度方法研究了具有工程可实现性的反馈增益系数自适应调整算法,较好地改善了侧向复合控制姿态稳定系统的性能。研究了防空导弹发射段姿控固体小火箭的脉冲推力矢量控制方法,引入了脉冲推力矢量控制的指标函数,并基于导弹飞行状态参数预报提出了控制参数确定算法,仿真分析表明脉冲推力矢量控制可以扩大导弹作战空域,减小中段飞行机动过载。为提供试图模拟真实环境下导弹飞行全数字仿真的分析方法,开发了防空导弹拦截末段直接力/气动力复合控制方式下六自由度弹道仿真软件。以拦截螺旋机动目标为例,通过仿真计算和结果分析,得到如下结论:标准条件下的仿真结果验证了弹道数学模型、自适应滑模制导律以及拦截末段复合控制姿态稳定系统设计的正确性和合理性;分析了导引头测量误差对拦截脱靶量的影响,对其测量精度提出了要求;分别采用最大偏差法和蒙特卡罗随机抽样统计法对拦截脱靶量进行了分析,结果表明所设计的直接力/气动力复合控制系统具备直接碰撞目标的能力。上述研究成果直接为我国大气层内动能拦截弹的制导控制方案提供了重要的技术支持。

防空导弹直接力和气动力复合控制技术研究

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