直/气复合控制导弹制导控制问题研究

摘要

为了应对高速再入弹道导弹及其他现代空袭兵器的威胁，要求拦截导弹必须具备精确制导控制能力，以实现直接碰撞杀伤。在高空由于气动舵效率的减弱,传统气动控制响应速度大大降低，而采用姿控式直接侧向力与气动力复合控制则可以显著提高拦截导弹姿态控制系统的响应速度，从而确保在高空对大机动目标的精确拦截。针对姿控式直接侧向力与气动力复合控制导弹制导控制系统的工作特点，研究有效的制导控制方法具有重要的理论意义和实际工程价值。本文以大气层内姿控式直接侧向力与气动力复合控制导弹为背景，对直/气复合控制导弹的制导控制问题进行了深入的研究。
　　首先，根据姿控脉冲发动机的配置，建立了直接侧向力模型，并基于侧向喷流干扰效应的数学描述，建立了直接侧向力与气动力复合控制导弹运动学和动力学模型，为直接侧向力与气动力复合控制导弹制导控制系统分析与设计研究奠定了基础。
　　其次，通过对姿控脉冲发动机工作特性的分析，给出了姿控脉冲发动机阵列点火逻辑需要满足的基本原则；通过分析直接侧向力作用下的弹体姿态动态响应过程，给出了姿控脉冲发动机消耗量的计算方法；结合对气动力姿态控制特性的分析，揭示了直接侧向力与气动力复合控制特性。
　　再次，研究了基于模型输出预测和自抗扰控制的直接侧向力与气动力复合控制导弹姿态控制系统设计方法。针对直/气复合控制导弹姿态控制系统的特点，提出了将非线性模型预测方法与自抗扰控制方法结合的姿态控制策略，设计了姿控脉冲发动机阵列点火逻辑，在分析直接侧向力有限约束集的基础上，提出了直/气复合控制导弹姿态控制系统设计方法，并分析了复合控制系统的稳定性。
　　然后，研究了直接侧向力与气动力复合控制导弹末制导律设计方法。考虑复合控制导弹末制导系统的特点，分析了末制导系统工作过程，在此基础上，考虑姿态控制系统时间常数的变化，设计了基于预测脱靶量的复合控制导弹末制导律，分析了末制导系统稳定性针，并针对所设计的末制导系统，利用有限时间广义H2方法，对由目标CA机动、Singer机动和Weaving机动所引起的末端脱靶量进行了分析。
　　最后，将上述研究成果应用到某型大气层内姿控式直接侧向力与气动力复合控制导弹的制导控制设计中，完成了基于模型预测和自抗扰控制的姿态控制设计和基于预测脱靶量的末制导系统设计，并进行了六自由度仿真分析，验证了本文提出方法的有效性。

目录

直/气复合控制导弹制导控制问题研究

RESEARCH ON GUIDANCE AND CONTROL FOR MISSILE WITH LATERAL JETS AND AERODYNAMIC SURFACES

摘 要

Abstract

目 录

Contents

第1章 绪 论

1.1 课题背景

1.2 国内外研究现状及分析

1.3 论文主要研究内容及章节安排

第2章 直/气复合控制导弹制导控制系统数学模型的建立

2.1 引言

2.2 气动布局和外形特征

2.3 坐标系定义及其转化关系

2.4 复合控制导弹制导控制系统数学模型建立

2.5 本章小结

第3章 直/气复合控制导弹基本控制特性分析

3.1 引言

3.2 姿控脉冲发动机阵列点火逻辑问题描述

3.3 直接侧向力姿态控制特性分析

3.4 气动力姿态控制特性分析

3.5 直接侧向力与气动力复合控制特性分析

3.6 本章小结

第4章 直/气复合控制导弹姿态控制设计方法

4.1 引言

4.2 有限约束集非线性系统模型预测控制方法

4.3 复合控制导弹姿态控制策略

4.4 复合控制导弹姿态控制方法

4.5 复合控制导弹姿态控制系统稳定性分析

4.6 本章小结

第5章 直/气复合控制导弹末制导律设计方法

5.1 引言

5.2 复合控制导弹末制导问题分析

5.3 复合控制导弹末制导律设计

5.4 复合控制导弹末端脱靶量分析

5.5 本章小结

第6章 某型直/气复合控制导弹制导控制设计

6.1 引言

6.2 系统基本参数与指标要求

6.3 姿态控制设计

6.4 末制导律设计

6.5 仿真分析

6.6 本章小结

结 论

参考文献

攻读博士学位期间发表的学术论文

哈尔滨工业大学博士学位论文原创性声明

致 谢

个人简历