現(xiàn)代導(dǎo)彈具有高速度、輕結(jié)構(gòu)和超機(jī)動(dòng)性的特點(diǎn),因此在設(shè)計(jì)中,導(dǎo)彈外形的細(xì)長(zhǎng)化可以減小其在飛行過(guò)程中的阻力并保證燃料儲(chǔ)備。如果仍按傳統(tǒng)的剛體動(dòng)力學(xué)模型對(duì)彈體進(jìn)行分析,不考慮彈性變形的影響,所設(shè)計(jì)的控制器將難以保證實(shí)際系統(tǒng)的穩(wěn)定性,甚至使導(dǎo)彈發(fā)生損壞。可見(jiàn),彈性變形給系統(tǒng)帶來(lái)的不利影響不容忽視。在對(duì)導(dǎo)彈運(yùn)動(dòng)姿態(tài)進(jìn)行控制時(shí),舵機(jī)是必不可少的環(huán)節(jié)。實(shí)際舵機(jī)中的元件受設(shè)計(jì)、生產(chǎn)、加工等各個(gè)環(huán)節(jié)的影響,存在一些非線性因素,可能會(huì)引起系統(tǒng)產(chǎn)生一種頻率和幅值都不變的“極限環(huán)”振蕩,破壞系統(tǒng)性能。因此,研究舵機(jī)非線性引起彈性飛行器產(chǎn)生極限環(huán)振蕩的機(jī)理及如何抑制這種振蕩都具有非常重要的意義。準(zhǔn)準(zhǔn)確的動(dòng)力學(xué)模型是進(jìn)行姿態(tài)控制分析的基礎(chǔ),因此本文首先對(duì)建模的基本理論進(jìn)行了介紹,并在相關(guān)坐標(biāo)系下建立了剛性彈體的動(dòng)力學(xué)模型和彈性彈體的振動(dòng)模型,為后續(xù)求解俯仰通道的傳函做準(zhǔn)備。其次,本文對(duì)舵機(jī)系統(tǒng)中各元件的工作原理進(jìn)行分析,列出各變量之間的關(guān)系方程,根據(jù)相關(guān)參數(shù)給出了舵回路的傳遞函數(shù);基于描述函數(shù)法對(duì)極限環(huán)產(chǎn)生的條件和穩(wěn)定性進(jìn)行了理論分析;;并對(duì)舵機(jī)中存在的兩種非線性特性進(jìn)行了分析。再次,分別求解了剛性彈體、彈性彈體俯仰通道的傳遞函數(shù);根據(jù)Nyquist穩(wěn)定性判據(jù),分析了在舵機(jī)無(wú)非線性及不同非線性參數(shù)條件下,導(dǎo)彈縱向通道的穩(wěn)定性;針對(duì)不同情況下的剛性彈體和彈性彈體,設(shè)計(jì)了PID控制器。通過(guò)仿真分析發(fā)現(xiàn),系統(tǒng)的動(dòng)態(tài)性能和穩(wěn)態(tài)性都得到了改善。最后,針對(duì)PID控制器難以滿足舵機(jī)存在死區(qū)非線性的導(dǎo)彈俯仰通道控制性能的問(wèn)題,設(shè)計(jì)了一種優(yōu)化的二階滑模變結(jié)構(gòu)控制器。為了驗(yàn)證該控制器的控制效果,將其分別應(yīng)用在舵機(jī)帶死區(qū)的剛性彈體和彈性彈體,進(jìn)行了仿真驗(yàn)證,仿真結(jié)果表明,其控制效果均優(yōu)于PID控制器。
【學(xué)位單位】：哈爾濱工程大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：碩士
【學(xué)位年份】：2019
【中圖分類】：TJ760
【部分圖文】：

第 1 章 緒論第 1 章 緒論及意義平的不斷提高，現(xiàn)代作戰(zhàn)技術(shù)越來(lái)越要求導(dǎo)彈具有高速度、因此導(dǎo)彈的外形設(shè)計(jì)呈現(xiàn)細(xì)長(zhǎng)化，從而減小在飛行過(guò)程中的如圖 1.1 所示由前蘇聯(lián)設(shè)計(jì)的 AA-4 空空導(dǎo)彈，它從外形上的直徑大約為 0.3 米，但長(zhǎng)度卻有 5 米。而美國(guó)設(shè)計(jì)的 AIM細(xì)長(zhǎng)。彈長(zhǎng)達(dá)到了 3 米，而彈徑只有 0.1 米左右，最大速度 所示。

第 1 章 緒論背景及意義技水平的不斷提高，現(xiàn)代作戰(zhàn)技術(shù)越來(lái)越要求導(dǎo)彈具有高速度、輕結(jié)點(diǎn)，因此導(dǎo)彈的外形設(shè)計(jì)呈現(xiàn)細(xì)長(zhǎng)化，從而減小在飛行過(guò)程中的阻力量。如圖 1.1 所示由前蘇聯(lián)設(shè)計(jì)的 AA-4 空空導(dǎo)彈，它從外形上看像該彈的直徑大約為 0.3 米，但長(zhǎng)度卻有 5 米。而美國(guó)設(shè)計(jì)的 AIM 型空更為細(xì)長(zhǎng)。彈長(zhǎng)達(dá)到了 3 米，而彈徑只有 0.1 米左右，最大速度可以 1.2 所示。圖 1.1 蘇聯(lián) AA-4 導(dǎo)彈

輸出量經(jīng)反饋裝置返回到系統(tǒng)的輸入，且輸入量與反饋量正負(fù)相反，則該反饋稱為負(fù)反饋。舵機(jī)工作原理如圖3.1 所示：圖 3.1 舵機(jī)系統(tǒng)框圖在舵機(jī)系統(tǒng)中，由于存在放大元件，幾乎所有的放大元件都存在飽和現(xiàn)象，并且它是非線性的，具有不確定性[59]。與此同時(shí)，由于加工精度和裝配上限制，傳動(dòng)機(jī)構(gòu)之間的間隙也是一種常見(jiàn)的非線性因素。在大多數(shù)情況下，這種非線性因素會(huì)對(duì)系統(tǒng)產(chǎn)生一些不利影響，可能會(huì)引起一種頻率和幅度都不變的振蕩，破壞系統(tǒng)性能。解決以上問(wèn)題的方法通常有：（1）改變伺服系統(tǒng)的機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì)；（2）選擇適當(dāng)?shù)目刂品椒ā１疚姆珠_(kāi)研
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本文編號(hào)：2884326