导弹俯仰通道制导与控制一体化设计

论文摘要

为提高导弹整体性能,近年来越来越多的学者建议将导弹的制导回路与控制回路同时进行设计,这称之为一体化技术。一体化技术不同于传统的导弹制导回路与控制回路分开设计的方法,它将导弹的制导回路与控制回路作为了一个整体,根据导弹-目标的相对运动信息直接产生导弹的舵机偏转指令。因此,一体化技术既能保证导弹系统的整体的稳定性,又有提高导弹性能的潜力,简化了导弹制导与控制系统有的设计过程,降低了导弹制造成本,使研制的导弹更轻巧、响应时间更快、拦截目标也更准确。但是,一方面,由于导弹-目标的相对运动方程和导弹的动力学和运动学方程是在不同的坐标系下建立的,很难建立完整而紧凑的导弹制导与控制一体化模型;另一方面,由于导弹制导与控制系统本身具有非线性、强耦合、以及具有不确定性的特点,合理的一体化控制器的设计也是当前一体化技术研究的难点。本文在参阅大量文献的基础上,主要针对导弹俯仰平面的一体化技术做了初步的研究。本文主要包括以下几个方面的内容:一、分析了铅垂面内导弹-目标的运动方程以及导弹自身的运动学和动力学方程,通过两者之间的联系,建立了较为紧凑的、合适的导弹俯仰平面的一体化控制模型。二、根据一体化控制模型的级联、不确定性的特点,基于反演控制理论和滑模控制理论,设计了一体化滑模控制器,为防止控制器带来的抖振,文中对这种一体化滑模控制器进行了改进,数字仿真结果表明了该方法的有效性。三、基于神经网络良好的逼近特性,本文设计一个多层前向神经网络来在线自适应地逼近一体化模型中的不确定量,从而提出了一种一体化神经网络控制器的设计方法。这种基于Lyapunov稳定性理论的神经网络设计方法既保证了系统的整体稳定性,同时仿真结果表明,在导弹气动参数摄动时,这种方法能明显提高导弹的制导精度。四、为验证一体化设计较导弹制导与控制传统设计的优点,本文根据导弹制导与控制回路的传统的设计方法,采用其他文献中的制导律,并设计了相应的神经网络驾驶仪,然后通过数字仿真,将这种方法与前面的一体化神经网络设计方法进行了性能比较。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 第1章 绪论
• 1.1 课题背景
• 1.2 一体化技术的特点和优势
• 1.2.1 一体化技术的含义
• 1.2.2 一体化设计的优点
• 1.2.3 一体化设计的技术难点
• 1.2.4 一体化设计的性能要求
• 1.3 国内外发展现状
• 1.4 本文所作的工作
• 第2章 理论基础
• 2.1 引言
• 2.2 系统的匹配和非匹配不确定性
• 2.3 反演设计方法
• 2.4 滑模控制的基本原理
• 2.5 多层前向神经网络
• 2.6 本章小结
• 第3章 导弹俯仰通道的制导与控制一体化建模
• 3.1 引言
• 3.2 导弹-目标相对运动学方程
• 3.3 导弹运动学及动力学方程
• 3.4 一体化控制模型的建立
• 3.5 本章小结
• 第4章 一体化自适应反演滑模控制器设计
• 4.1 引言
• 4.2 自适应反演滑模控制器设计
• 4.3 稳定性证明
• 4.4 仿真验证
• 4.4.1 算法改进
• 4.4.2 仿真结果
• 4.5 本章小结
• 第5章 一体化反演神经网络控制器设计
• 5.1 引言
• 5.2 反演控制器设计
• 5.2.1 目标加速度的估计
• 5.2.2 Backstepping控制器设计
• 5.3 神经网络补偿器设计
• 5.4 仿真结果
• 5.5 本章小结
• 第6章 导弹制导与控制的传统设计与一体化设计性能比较
• 6.1 引言
• 6.2 滑模制导律设计
• 6.3 驾驶仪设计
• 6.4 仿真结果
• 6.5 本章小结
• 结论
• 参考文献
• 致谢