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导弹机动控制方式从本质上讲均通过调节控制力矩实现,具体实现形式包括两类:调节控制力和控制力臂。传统舵面控制及喷气推力控制均属于调节控制力的范畴,但舵面控制难以解决高速机动过程中的气动烧蚀问题,而喷气推力控制则受限于携带燃料有限且导致固液耦合等缺点。质量矩控制则属于调节控制力臂的范畴,因其执行机构在弹体内部避免了舵面控制气动烧蚀等问题,又因其无需携带额外燃料解决了喷气推力控制携带燃料有限及固液耦合等缺点。鉴于此质量矩控制较传统控制方式优势明显且应用前景广泛,但其独特的控制模式增加了导弹空间运动复杂程度,为制导控制设计带来诸多新的挑战。本文以质量矩飞行器再入机动精确打击为背景,旨在研究双滑块/差动副翼侧滑转弯(skid-to-turn,STT)质量矩飞行器动力学建模、制导控制及其一体化设计问题,从而为质量矩导弹技术的发展提供理论支撑。首先,基于多刚体系统建模方法建立了双滑块/差动副翼STT质量矩飞行器完整空间运动模型。充分考虑质量矩导弹的运动学耦合、惯性耦合及气动惯性交叉耦合等因素,基于动量定理建立了弹体坐标系下弹体质心平动动力学方程,基于动量矩定理建立了弹体坐标系下系统绕弹体质心转动动力学方程,同时建立了再入坐标系下弹体质心平动运动学方程及绕弹体质心转动运动学方程。这些方程完整地描述了质量矩飞行器空间运动机理,揭示了滑块运动与弹体质心平动及绕弹体质心转动的内在联系。与传统舵面控制及喷气控制相比,质量矩飞行器独特的控制机理,即滑块运动与弹体运动之间的内在耦合联系,使得质量矩飞行器空间运动模型较为复杂。其次,针对地面固定目标精确打击问题,分别提出了有/无终端角度约束的有限-r收敛制导律1。1)以弹目距离为参变量描述导弹与目标的相对运动关系,建立了新的制导模型。该制导模型包括两个微分方程,分别描述了视线俯冲运动及视线转弯运动,并且视线俯冲运动微分方程单独解耦。基于该模型的制导律设计既保证了精确性又简化了制导律设计过程。2)基于该制导模型,提出了具有干扰抑制的有限-r收敛制导律,给出了过载形式的制导指令。与传统制导律相比,该制导律理论上保证了视线旋转角速率在弹目距离减小至期望值之前收敛为零。仿真验证了该制导律的正确性。3)基于该制导模型,提出了具有终端角度约束的有限-r收敛制导律,给出了过载形式的制导指令。与传统制导律相比,该制导律理论上保证了视线角偏差及视线旋转角速率在弹目距离减小至期望值之前收敛为零。与比例导引(proportional navigation guidance,PNG)和最优导引(optimal navigation guidance,ONG)的仿真比较结果验证了该制导律的优越性。然后,针对质量矩飞行器姿态控制问题,分别提出了有/无控制输入饱和的有限时间收敛控制律。1)在合理简化基础上建立了质量矩导弹俯仰、偏航和滚转三通道独立控制模型。基于该控制模型,分别设计了俯仰、偏航和滚转通道有限时间收敛姿态控制律。与传统质量矩导弹姿态控制律相比,该控制律理论上保证了姿态角偏差及其变化率有限时间收敛于原点邻域。2)通过引入扩张状态观测器实现对扰动边界的自适应估计,进而设计了俯仰、偏航和滚转通道控制输入饱和的有限时间收敛姿态控制律。与传统质量矩导弹姿态控制律相比,该控制律理论上保证了控制输入饱和情况下姿态角偏差及其变化率有限时间收敛于原点邻域。通过特征点仿真和全弹道仿真验证了所提有/无控制输入饱和的有限时间收敛姿态控制律的正确性。最后,针对地面逃逸目标精确打击问题,分别提出了三通道独立/全状态耦合制导控制一体化设计。1)建立了质量矩飞行器俯仰、偏航和滚转三通道独立制导控制一体化模型。基于鲁棒自适应反演方法设计了一体化控制律,通过鲁棒自适应函数项实现对有界未知扰动的自适应补偿,引入非线性跟踪微分器避免了传统反演控制的“计算膨胀”问题,理论上证明了系统状态跟踪误差及扰动估计误差指数收敛于原点邻域。仿真验证了所提三通道独立制导控制一体化模型及控制律的正确性。2)建立了质量矩飞行器俯仰、偏航和滚装全状态耦合制导控制一体化模型。基于自适应动态面反演方法设计了一体化控制律,通过鲁棒自适应函数项实现对有界未知扰动的自适应补偿,引入动态面技术避免了传统反演控制的“计算膨胀”问题,理论上证明了系统状态跟踪误差、边界层误差及扰动估计误差指数收敛于原点邻域。仿真验证了所提全状态耦合制导控制一体化模型及控制律的正确性。