本文以一種新型滑翔戰(zhàn)術導彈為研究對象,圍繞導彈的制導與控制問題展開研究,對所提方法分別進行了三自由度和六自由度的仿真驗證,取得了一定的研究成果。針對引用的導彈動力學模型,進行了模型的改進,并開展了模型特性分析。主要是提出了歐拉角的擴展定義、歐拉角的確定方法及由坐標轉(zhuǎn)換矩陣求解歐拉角的方法,使得改進模型可以用于仿真導彈垂直轉(zhuǎn)彎運動;還提出了精確求解風場影響下的氣動力和氣動力矩及氣動力在半速度坐標系分量的方法。針對導彈制導律設計問題,建立了新的具有明確視線角定義和適合于多角度攻擊的三維耦合相對運動模型,討論了經(jīng)典比例導引律的有效性與收斂性問題,對有效性與收斂性問題的討論驗證了歐拉角擴展定義的必要性和正確性,并闡述了多角度攻擊的關鍵問題;基于三維耦合相對運動模型,提出了帶終端約束的三維耦合制導律的設計方法,并基于擴張狀態(tài)觀測器(ESO)提出了帶終端約束的三維耦合制導律的改進方法:基于干擾補償?shù)娜S耦合制導律;所提出的帶終端約束的三維耦合制導律及其改進方法,不僅可以滿足入射角約束,而且可以滿足入射方位角約束,且具有較強的魯棒性。針對導彈姿態(tài)控制器的設計問題,根據(jù)新型滑翔導彈靜穩(wěn)定與靜不穩(wěn)定交替變化的特點,比較了反饋線性化與小擾動線性化兩種線性化方法的優(yōu)劣,確定了適合于該類型導彈的線性化方法,為后續(xù)研究工作奠定了基礎;作為本文最主要的研究成果,提出了一種有限時間收斂的干擾觀測器(FTCDO)設計方法,基于FTCDO設計了自抗擾滑模控制器,并與滑�？刂破鬟M行了比較研究。最后,開展了制導與控制系統(tǒng)的聯(lián)合仿真驗證,在聯(lián)合仿真前首先給出了全彈道的制導方案設計及各飛行階段制導指令的平滑處理方法,然后基于制導與控制方法的研究成果,開展了六自由度的仿真驗證,進一步驗證了所提方法應用于全彈道制導控制系統(tǒng)設計的性能。研究表明,歐拉角定義的擴展對于仿真導彈垂直轉(zhuǎn)彎運動是必要的和正確的;帶終端約束的三維耦合制導律及基于干擾補償?shù)娜S耦合制導律均可實現(xiàn)精確打擊和滿足終端約束;基于非奇異終端滑模控制設計的有限時間收斂的干擾觀測器,與ESO相比,具有初始段無峰化現(xiàn)象、收斂速度快、跟蹤精度高的優(yōu)點;基于FTCDO的自抗擾滑�？刂破鲗τ谙魅趸？刂破鞯亩墩窈吞岣呖刂凭染袔椭�,可看作是對滑�？刂破鞯母倪M算法。六自由度的仿真驗證表明,所提制導與控制設計方法完全適用于全彈道的制導控制系統(tǒng)設計。
【學位單位】：國防科學技術大學
【學位級別】：碩士
【學位年份】：2015
【中圖分類】：TJ765
【文章目錄】：
摘要
ABSTRACT
第一章 緒論
    1.1 研究背景及意義
    1.2 導彈制導控制方法研究現(xiàn)狀
        1.2.1 有限時間控制及自抗擾控制研究現(xiàn)狀
        1.2.2 滑模控制研究現(xiàn)狀
        1.2.3 現(xiàn)代制導律研究現(xiàn)狀
    1.3 本文研究內(nèi)容與組織結構
第二章 導彈動力學建模與模型特性分析
    2.1 導彈動力學模型
        2.1.1 常用坐標系
        2.1.2 常用坐標系之間的轉(zhuǎn)換
        2.1.3 導彈六自由度運動模型
    2.2 參數(shù)偏差與風干擾建模
        2.2.1 參數(shù)偏差建模
        2.2.2 風干擾建模
    2.3 導彈動力學模型特性分析
        2.3.1 穩(wěn)定性分析
        2.3.2 氣動非線性度的討論
第三章 三維耦合制導律設計
    3.1 相對運動模型
    3.2 經(jīng)典比例導引律的討論
        3.2.1 經(jīng)典比例導引律的收斂性與有效性
        3.2.2 多角度攻擊問題闡述
        3.2.3 基于導彈運動特性的制導指令快速求解算法
    3.3 三維耦合制導律設計
        3.3.1 相對運動方程的線性化
        3.3.2 帶終端角約束的三維耦合制導律設計
        3.3.3 基于干擾補償?shù)娜S耦合制導律設計
第四章 導彈自抗擾滑�？刂品椒ㄑ芯�
    4.1 數(shù)學基礎
    4.2 導彈姿態(tài)運動方程的線性化
        4.2.1 導彈姿態(tài)運動方程的全狀態(tài)反饋精確線性化
        4.2.2 導彈姿態(tài)運動方程的小擾動線性化
    4.3 有限時間收斂的干擾觀測器（FTCDO）設計
        4.3.1 ESO與FTCDO設計結果
        4.3.2 FTCDO收斂性的證明
        4.3.3 ESO與FTCDO比較研究
    4.4 導彈自抗擾滑模控制方法研究
        4.4.1 滑模跟蹤控制器設計
        4.4.2 自抗擾滑�？刂破髟O計
        4.4.3 數(shù)學仿真研究
第五章 導彈制導控制系統(tǒng)的聯(lián)合仿真驗證
    5.1 各飛行階段制導方案及交接班處的平滑處理
        5.1.1 主動段制導方案
        5.1.2 慣性上升段制導方案
        5.1.3 滑翔下滑段與俯沖攻擊段制導方案
        5.1.4 交接班處的平滑處理
    5.2 導彈制導控制系統(tǒng)的聯(lián)合仿真驗證
第六章 總結與展望
致謝
參考文獻
作者在學期間取得的學術成果
附錄 氣動參數(shù)偏差

【參考文獻】

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本文編號：2872617