再入機動彈頭具有重要的戰(zhàn)略意義和極高的軍事應用價值。本文根據(jù)我國對再入機動彈頭控制技術發(fā)展的需求,對再入機動彈頭在再入段機動飛行的姿態(tài)穩(wěn)定控制問題進行了研究。本文主要針對再入機動彈頭再入過程中大的不確定性、非線性特性、時變特性以及MIMO系統(tǒng)耦合特性等問題,進行詳細的分析之后,給出了一種可以有效解決非線性時變耦合特性并具有較強魯棒性的軌跡線性化控制方法,實現(xiàn)了再入機動彈頭在動壓和飛行馬赫數(shù)變化范圍比較大的情況下飛行姿態(tài)的穩(wěn)定控制。具體研究內(nèi)容如下:建立再入機動彈頭的運動學、動力學模型以及與飛行有關的氣動參數(shù)模型。再入機動彈頭是一種高超聲速飛行器,相對于其他飛行器具有自己典型的特點,這些特點主要體現(xiàn)在不確定性、非線性、耦合性以及時變特性等方面。本文通過對再入機動彈頭數(shù)學模型進行較深入的研究,進行總體的控制思路和控制方法的規(guī)劃。針對再入機動彈頭的時變非線性特性以及通道間耦合特性,提出利用非線性動態(tài)逆控制方法,處理系統(tǒng)的非線性特性和實現(xiàn)通道間解耦。該控制方法分兩部分完成:首先將再入機動彈頭模型進行適當?shù)暮喕?得到用于控制系統(tǒng)設計的仿射非線性模型;然后利用非線性動態(tài)逆方法分別設計內(nèi)外回路控制器... 

【文章來源】：哈爾濱工程大學黑龍江省 211工程院校

【文章頁數(shù)】：73 頁

【學位級別】：碩士

【部分圖文】：

圖２．２大氣密度隨高度的變化趨勢??（１）地面坐標系Ｑｘｙｚ??

為速度傾斜角。??由以上坐標系的定義及分析可以看出，四種坐標系間可以通過多次旋轉(zhuǎn)而相互轉(zhuǎn)??化，其轉(zhuǎn)化關系如圖２．３所示。??＾?地面坐標系?＼??彈道坐標系?體坐標系??圖２．３坐標系之間的轉(zhuǎn)化關系??２．３．３氣動參數(shù)模型??再入機動彈頭是一個無動力再入動力學系統(tǒng)，依靠控制系統(tǒng)在空氣動力和力矩作用??下產(chǎn)生彈頭在空間的運動。因此，分析作用在彈體上的各種力和力矩是必要的。由于再??入過程為無動力再入且為氣動舵控制，因而主要分析作用在彈體上的氣動力和氣動力??矩。??通常為了便于問題的研究，將氣動力和氣動力矩表示為與大氣密度、特征長度等與??氣動布局無關的無量綱的函數(shù)來突出分析氣動布局的特性。在高超聲速飛行器設計中，??這個函數(shù)一般是攻角、馬赫數(shù)、舵偏角的非線性函數(shù)，只能根據(jù)大量的測量數(shù)據(jù)，通過??曲線擬合才能得到較準確的表達式。我們可以通過大量的風洞實驗和飛行試驗，獲得較??真實的數(shù)據(jù)

和為滾轉(zhuǎn)和偏航角速率，＆為偏航方向的控制指令。??Ｗ）?ＵｆＪ??為了便于分析，根據(jù)附錄Ａ給出的氣動參數(shù)的函數(shù)表達式，利用ＭＡＴＬＡＢ繪制部??分氣動參數(shù)隨馬赫數(shù)和攻角變化的三維曲面［４（）］，如圖２．４所示。由俯仰力矩系數(shù)可以看??蒙１：：麵Ｌ??ａ（ｄｅｇ）?＝?Ｍａｃｈ??ａ）阻力系數(shù)隨馬赫數(shù)和攻角的變化曲線?ｂ）升力系數(shù)隨馬赫數(shù)和攻角的變化曲線??？？一?Ｉ、、?Ｉ??？?－－一－”?丨?Ｉ?：?？－－－？＊■＂５、、：?Ｉ??ｔ５?０?一—?１０??ａ（ｄｅ＾＂＂－＼?ａ（ｄｅｇ）。：”廠?５?Ｍａｃｈ??Ｍａｃｈ??ｃ）升阻比隨馬赫欸和攻角的變化曲線?ｄ）俯仰力矩系數(shù)隨馬赫數(shù)和攻角的變化曲線??圖２．４部分空氣動力學三維曲面??出，靜穩(wěn)定性隨著攻角的增大而增強，且隨著馬赫數(shù)的變化不是很大，彈頭具有較好的??靜穩(wěn)定性，且升阻比高最大約為３，符合設計要求。??２．３．４再入機動彈頭再入數(shù)學模型??再入機動彈頭的數(shù)學模型可以表示為一個六自由度、十二狀態(tài)變量的非線性剛體動??１７??

【參考文獻】：
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本文編號：3138194