论文摘要
动能拦截弹是反导、反卫星武器系统的主要作战工具,其姿态控制的快速性和平稳性是实现目标拦截的关键。动能拦截弹的姿态控制是通过安装在尾部的常值推力发动机实现的,因此,动能拦截弹姿态控制主要解决的问题是如何设计姿控发动机的开关逻辑。本文首先介绍了课题的背景,动能拦截弹的发展现状,变结构控制的产生、特点以及存在的问题;接着定义了在拦截弹姿态控制研究过程中所需要用到的一些坐标系,并给出了坐标系之间的转换关系。对拦截弹的受力情况进行了分析,建立了一组能够表征拦截弹运动特点的非线性数学模型。然后,在一定的假设条件下,对数学模型进行了简化处理;给出了滑模变结构控制的基本概念,主要内容和设计的一般思路,并对变结构控制中存在的抖振现象进行了一定的分析,介绍了一些比较常用的减少抖振的设计方法;建立俯仰通道的控制模型,给出了俯仰通道变结构姿态控制器的具体设计过程。针对大气层内拦截弹这一非线性、强耦合、时变系统及姿控发动机的非线性特性,给出一种基于变结构控制的拦截弹姿态控制器设计的新方法。文中给出该控制器的结构、具体设计过程和相关参数的确定方法。最后,研究了系统的仿真问题,并给出了在所设计的控制规律下的仿真结果。结果表明,采用变结构姿态控制,姿态角可以较好地跟踪给定的参考模型,所采用死区函数也对抖振现象起到了一定抑制作用。改变初始条件再次进行仿真,其结果显示变结构姿态控制器具有鲁棒性好、结构简单、易于工程实现的特点。