高超声速导弹复合控制方法

论文摘要

本文针对在稠密大气层中飞行的高超声速导弹,研究其直接侧向力与气动力复合控制系统的设计问题,以期望导弹能够快速建立攻角和跟踪过载指令。采用直气复合控制导弹通常有两套执行器,如何使气动舵和侧向脉冲发动机相互配合、协调工作,是复合控制系统设计的关键所在。本文首先建立了带有侧喷装置的高超声速导弹纵向通道的线性模型,然后根据直接力和力矩的特征参数,通过仿真分析了高超声速导弹对直接力/气动力的需求问题,最后基于混合设计的思想,分别采用了两种方法设计了复合控制系统的控制律:(1)基于线性二次型最优调节控制的导弹复合控制系统设计。首先针对仅含气动力的连续模型,采用线性二次型最优调节的方法设计了舵回路控制器,获得性能得到改善的受控对象;然后将改善后的对象在考虑脉冲发动机工作特性的情况下进行精确离散化,并针对离散化的对象设计了直接力回路的最优控制器,仿真表明此种方法能够较快地跟踪过载指令。(2)基于滑模变结构的控制方法的导弹复合控制系统设计。首先基于连续模型,采用连续滑模变结构方法设计了舵回路控制器,仿真表明此方法使导弹响应过载的速度有了很大的提高,为外回路提供了性能更加良好的受控对象;然后考虑脉冲发动机的离散工作特性,将舵回路在滑模面上的闭环等价系统精确离散化,得到了直接力回路的控制对象,采用离散滑模变结构的方法设计了直接力回路的控制律。仿真表明,此种方法既有良好的动态性能又有较强的鲁棒性。

论文目录

• 摘要
• ABSTRACT
• 第1章 绪论
• 1.1 课题背景及研究的目的和意义
• 1.2 高超声速飞行器概述
• 1.2.1 高超声速飞行器发展概况
• 1.2.2 高超声速飞行器的分类
• 1.2.3 高超声速飞行控制的研究现状
• 1.3 直接力/气动力复合控制研究现状
• 1.4 论文的主要工作
• 第2章 复合控制导弹的数学模型描述
• 2.1 引言
• 2.2 常用坐标系及相互转换
• 2.2.1 常用坐标系定义
• 2.2.2 各坐标系之间的转换关系
• 2.3 直接侧向力和力矩介绍
• 2.4 复合控制导弹数学模型的建立
• 2.4.1 复合控制导弹的运动方程组
• 2.4.2 复合控制导弹纵向通道的数学描述
• 2.5 高超声速导弹直气复合控制技术需求分析
• 2.6 本章小结
• 第3章 基于线性二次型最优控制的复合控制系统设计
• 3.1 引言
• 3.2 线性定常系统的二次型最优调节原理
• 3.3 连续系统的精确离散化
• 3.4 姿控式导弹最优控制系统设计及仿真
• 3.4.1 姿控式导弹复合控制系统数学模型
• 3.4.2 姿控式复合控制导弹最优控制系统时域设计
• 3.4.3 仿真实例及分析
• 3.5 本章小结
• 第4章 基于滑模变结构控制的复合控制系统设计
• 4.1 引言
• 4.2 滑模变结构控制的基本原理和性质
• 4.2.1 滑模变结构控制理论基本原理
• 4.2.2 滑模变结构控制系统的主要性质
• 4.3 连续系统滑模变结构控制律的设计方法
• 4.3.1 连续系统滑模切换函数的设计
• 4.3.2 连续滑模变结构控制的趋近律设计
• 4.3.3 连续滑模变结构控系统的稳定性分析
• 4.4 复合控制导弹的滑模变结构控制系统设计
• 4.4.1 导弹过载跟踪模型的建立
• 4.4.2 基于连续滑模变结构控制的舵控制器设计
• 4.4.3 气动舵控制仿真算例
• 4.4.4 直接力回路离散滑模控制律设计
• 4.4.5 导弹复合控制系统仿真
• 4.5 本章小结
• 结论
• 参考文献
• 致谢