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基于增益调度的防空导弹控制系统设计

作　者: 胥彪
导　师: 周荻
学　校: 哈尔滨工业大学
专　业: 控制科学与工程
关键词: 拦截导弹侧向脉冲发动机复合控制增益调度最优控制
分类号: TJ761.13
类　型: 硕士论文
年　份: 2010年
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内容摘要

拦截导弹通过精确制导实现与机动目标直接碰撞,利用动能将目标彻底摧毁。在距离地面约20km高度,拦截导弹的气动外形可以保证精确制导所需要的机动能力,但是响应速度却因为舵控效率的减弱而大大降低,采用直接侧向力与气动力的复合控制方式则可以显著提高拦截导弹控制系统的响应速度。本文基于增益调度方法对复合控制律进行了设计。首先对带有侧向喷流装置的拦截弹的数学模型进行了推导,然后在工作点对模型进行了线性化,从而建立了导弹的线性变参数模型。并以俯仰方向为例,设计了导弹直接侧向力与气动力复合控制系统。针对由脉冲发动机提供直接侧向力的拦截导弹,本文采用了这样的设计思路,即先独立设计舵控制律,然后把设计好舵控制律的系统整合成新受控对象,与离散控制量——脉冲发动机点火数量构成新控制系统。并将动态增益调度方法应用于过载指令跟踪控制系统设计。通过与静态增益调度方法和固定系数方法进行比较,得出动态增益调度方法能够更好的跟踪过载指令,而且改善了舵系统的响应。因为脉冲发动机的数量有限,为了节省脉冲发动机,本文给出了拦截导弹稳定跟踪上过载指令后,直接侧向力不输出的条件以及数学证明。并且通过仿真,验证该条件的正确性。最后,综合拦截导弹运动模型和目标机动模型,对飞机和再入大气层的弹道导弹目标完成了从中制导段到遭遇的拦截过程仿真。给出了拦截导弹和目标的相对运动曲线和脱靶量的Monte-Carlo仿真结果。仿真结果表明,拦截导弹能够很好的完成拦截飞机和弹道导弹任务。

全文目录

摘要  3-4
Abstract  4-8
第1章绪论  8-15
  1.1 课题背景  8-9
  1.2 直接侧向力与气动力复合控制导弹及其研究现状  9-12
    1.2.1 直接侧向力控制技术的分类  9-10
    1.2.2 复合控制导弹研究现状  10-12
  1.3 增益调度及其研究现状  12-14
    1.3.1 增益调度方法  12-13
    1.3.2 增益调度研究现状  13-14
  1.4 本文研究内容  14-15
第2章直接侧向力与气动力复合控制导弹数学模型  15-24
  2.1 坐标系定义及其转换关系  15-18
  2.2 导弹的气动布局  18-19
  2.3 导弹运动方程组  19-21
  2.4 导弹运动线性变参数模型  21-23
  2.5 本章小结  23-24
第3章直接侧向力与气动力复合控制系统设计  24-51
  3.1 增益调度控制律设计  24-30
    3.1.1 线性变参数系统描述  24-26
    3.1.2 固定调度变量控制律设计  26-27
    3.1.3 非固定调度变量控制律设计  27-30
  3.2 气动控制律设计  30-39
    3.2.1 固定调度变量情况下气动控制律设计  30-37
    3.2.2 非固定调度变量情况下气动控制律设计  37-39
  3.3 直接侧向力与气动力复合控制系统设计  39-50
    3.3.1 直接侧向力控制律设计  39-42
    3.3.2 稳态直接侧向力不输出条件及证明  42-50
  3.4 本章小结  50-51
第4章全弹道仿真  51-61
  4.1 导弹制导控制系统仿真模型  51-53
    4.1.1 导引头测量模型  51
    4.1.2 制导律  51-52
    4.1.3 目标运动模型  52-53
  4.2 全弹道仿真结果  53-59
    4.2.1 拦截飞机  53-57
    4.2.2 拦截弹道导弹  57-59
  4.3 本章小结  59-61
结论  61-63
参考文献  63-69
致谢  69

基于增益调度的防空导弹控制系统设计

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