寻的导弹导引与控制一体化设计

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实现精确打击是对导弹武器的主要要求。导弹导引与控制的一体化设计可以充分利用导引系统与控制系统之间的耦合关系,提升整体系统性能,因而在提高导弹打击精度方面极具潜力。本论文以某型寻的导弹为背景,研究其俯冲攻击段的导引与控制一体化建模、设计与仿真,其主要内容包括:  首先,研究了导引与控制的一体化建模问题。基于三通道独立设计思想,以纵向(侧向)加速度和攻角(侧滑角)之间的关系为连接导引与控制的桥梁,建立了导弹导引与控制一体化三通道独立设计模型,通道间的耦合被视为有未知界的不确定性;在此基础上,通过将对末端姿态角的约束转化为对末端视线角的约束,建立了带末角约束的导引与控制一体化三通道独立设计模型;进一步,从非线性系统的角度出发,建立了导引与控制一体化全状态耦合设计模型,实现了导引与控制的完全一体化建模。  然后,研究了导引与控制一体化三通道独立设计问题。该问题被归结为三个时变线性子系统的控制设计问题,即滚转、俯仰和偏航通道导引与控制一体化子系统的输出调节问题。控制设计的难点在于每一个时变线性子系统都带有不可线性参数化的非匹配不确定性。本论文提出了一种自适应动态面控制方法实现了系统的输出调节,从而完成了导引与控制一体化算法设计。进一步,对此导引与控制一体化算法进行了改进。改进后的算法显式地考虑了气动参数的摄动,在理论上更加完善。导弹的六自由度非线性数值仿真结果表明了所设计的这两种导引与控制一体化算法的有效性。另外,还对导引与控制的一体化设计和传统的导引与控制独立设计进行了比较仿真,揭示了一体化设计策略的优越性。  其次,利用所提的自适应动态面控制方法研究了带末角约束的导引与控制一体化三通道独立设计问题。该问题同样被归结为俯仰、偏航和滚转三个时变线性子系统的输出调节问题,且每个子系统也均含有不可线性参数化的非匹配不确定性。值得注意的是此时的俯仰子系统和偏航子系统是均两输出系统而不是单输出系统。本论文利用这两个子系统的特殊结构,借鉴滑模控制的思想,巧妙地构造了一个新的动态面,达到了同时调节系统两个输出分量的目的,从而完成了带末角约束的导引与控制一体化设计。导弹的六自由度非线性数值仿真结果表明了所设计的导引与控制一体化算法的有效性。  最后,研究了导引与控制一体化的全状态耦合设计问题。该问题被归结为一个满足“块严格反馈形式”的非自治非线性控制系统的部分状态调节问题。控制设计的难点在于系统中存在不可线性参数化的非匹配不确定性而且“控制系数矩阵”中也存在着不确定性。本论文给出了一种自适应块动态面控制算法解决了该系统的部分状态调节问题,完成了导引与控制一体化的全状态耦合设计。导弹的六自由度非线性数值仿真结果表明了所设计的导引与控制一体化算法的有效性。另外,还对导引与控制一体化的全状态耦合设计和三通道独立设计进行了比较仿真,揭示了耦合设计策略的优越性。
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