导弹直接力与气动力混合控制系统设计

论文摘要

对机动性战术弹道导弹的防御是现代军事组成里面的一个重要部分,而在高空实现精确拦截仅靠气动力对拦截弹进行控制是不够的,需要引入直接侧向力与气动力的混合控制,以使拦截弹获得更强的机动能力和更快的响应速度。首先在弹体轴对称且不滚转假设下,把导弹运动方程解耦成俯仰、偏航和滚动三个独立通道,并建立了三个独立通道的直接侧向力/气动力混合控制下的弹体运动线性化模型。并以俯仰通道为例,采用混杂切换控制方法设计了导弹姿控式直接侧向力/气动力混合控制系统。通过一个构造的参考模型提供过载及角速率控制指令。在对直接力作用的系统的状态方程进行离散化时,考虑了脉冲发动机输出反作用力的实际动特性。用一个特征点的参数实例对稳定控制系统在MATLAB/ SIMULINK环境下进行了仿真,仿真时加上了舵偏角和舵偏角速率的饱和特性。仿真结果表明系统能快速建立攻角和跟踪过载指令,具有较好的动特性。由于直接力是由180个一次性侧向脉冲发动机提供的,本文设计了侧向脉冲发动机的点火逻辑,它的设计目的就是使侧向脉冲发动机输出的推力矢量能够准确跟踪各个方向的推力指令,点火逻辑的设计有两个重要原则,一是保证两个通道指令大小上的准确,提供改变导弹姿态所需的直接侧向力;二是保证脉冲发动机的使用数量为最省,这是因为脉冲发动机数量有限。本文基于这两个原则采用矢量合成方法分别设计了导弹不滚转和滚转两种不同情况下的点火逻辑。最后将三个通道结合在一起,分别在滚转和非滚转点火逻辑参与下的直接力/气动力混合控制系统跟踪过载进行了仿真并进行对比说明。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 第1章 绪论
• 1.1 课题背景
• 1.2 直接侧向力与气动力混合控制技术研究现状
• 1.3 直接侧向力引入方式的系统框图简介
• 1.4 论文主要工作
• 第2章 直接侧向力/气动力混合控制对象数学描述
• 2.1 引言
• 2.2 预备知识
• 2.2.1 几个坐标系的定义与关系
• 2.2.2 导弹弹体运动方程
• 2.2.3 导弹机动性和过载
• 2.3 导弹俯仰运动方程描述
• 2.3.1 导弹俯仰运动线性化方程
• 2.3.2 导弹直接侧向力/气动力混合控制系统状态空间描述
• 2.3.3 导弹俯仰通道受控对象描述
• 2.4 导弹滚转运动数学描述
• 2.5 本章小结
• 第3章 导弹直接侧向力/气动力混合控制系统设计
• 3.1 引言
• 3.2 俯仰通道控制器设计
• 3.2.1 切换控制理论描述
• 3.2.2 基于切换控制理论的直接侧向力/气动力混合控制器设计
• 3.3 控制指令的构造
• 3.4 仿真实例
• 3.5 导弹滚转通道控制器设计及仿真
• 3.6 本章小结
• 第4章 脉冲发动机点火逻辑设计
• 4.1 引言
• 4.2 直接侧向力的施加方式
• 4.3 导弹非滚转情况下点火逻辑设计
• 4.3.1 导弹非滚转点火逻辑设计方案
• 4.3.2 非滚转点火逻辑程序流程
• 4.4 非滚转点火逻辑测试结果
• 4.5 滚转情况下点火逻辑设计
• 4.5.1 滚转原则
• 4.5.2 滚转点火逻辑程序流程
• 4.6 本章小结
• 第5章 控制系统综合仿真
• 5.1 稳定控制系统仿真框图
• 5.2 不滚转情况下的仿真
• 5.3 导弹滚转情况下的仿真
• 5.4 本章小结
• 结论
• 参考文献
• 致谢