【摘要】：質(zhì)量矩控制技術(shù)是飛行器控制領(lǐng)域中一種新的控制方式，能夠在一定程度上解決氣動舵控制在稀薄大氣層內(nèi)控制力不足和高速飛行導(dǎo)彈氣動外形的熱載荷及其引起的舵面燒蝕等問題，可適用于再入彈頭、反導(dǎo)攔截以及水下航行器等多種武器，具有很大的發(fā)展?jié)摿εc應(yīng)用前景。然而目前對質(zhì)量矩控制的研究尚不夠深入，距離工程應(yīng)用還有很多問題需要解決。首先，需要進一步厘清質(zhì)量矩控制的作用機理；其次，對于旋轉(zhuǎn)彈，由于彈體旋轉(zhuǎn)和內(nèi)部滑塊的運動，使得系統(tǒng)通道間存在嚴重的動力學(xué)耦合，可能導(dǎo)致彈體出現(xiàn)不收斂的錐形運動，需要解決強耦合和非線性綜合作用下的控制系統(tǒng)設(shè)計；第三，為了提高毀傷效能，除了要求精確落點控制外還帶有多種約束，需要研究多約束條件下的導(dǎo)引方法。 本文首先利用多剛體建模方法建立了采用徑向布局的雙滑塊質(zhì)量矩旋轉(zhuǎn)彈模型。將系統(tǒng)作用力和作用力矩分類，詳細分析了其對導(dǎo)彈飛行狀態(tài)變量的影響。然后通過解析形式推導(dǎo)了關(guān)于攻角的微分方程，說明了不同轉(zhuǎn)速下質(zhì)量矩控制導(dǎo)彈產(chǎn)生攻角的機理。采用數(shù)值仿真分析了質(zhì)量矩控制旋轉(zhuǎn)彈的彈道特性，認識到滑塊移動量與導(dǎo)彈的橫向偏移量和縱向偏移量成正比，初始彈道高度以及初始彈道傾角都對質(zhì)量矩控制導(dǎo)彈的機動能力產(chǎn)生影響。 其次，分析了質(zhì)量矩導(dǎo)彈無控時的動穩(wěn)定條件，討論了滑塊的安裝位置以及彈體自旋速度對導(dǎo)彈動穩(wěn)定的影響。研究了帶有姿態(tài)角速度反饋回路的旋轉(zhuǎn)彈動態(tài)穩(wěn)定性。按照慢自旋和快自旋質(zhì)量矩旋轉(zhuǎn)彈作用原理不同，分別推導(dǎo)了慢自旋和快自旋質(zhì)量矩導(dǎo)彈的控制穩(wěn)定性條件，獲取了控制系統(tǒng)設(shè)計參數(shù)的穩(wěn)定性邊界，并通過數(shù)值仿真驗證了其正確性。分析了活動質(zhì)量塊的安裝位置以及彈體自旋速度對系統(tǒng)錐形運動的影響。對于慢自旋導(dǎo)彈，彈體自旋速度越快，通道間的耦合越嚴重，使設(shè)計參數(shù)的穩(wěn)定域變��；而對于快自旋導(dǎo)彈，彈體轉(zhuǎn)速越快，慣性力矩越強，使設(shè)計參數(shù)的穩(wěn)定域變大。 第三，，將質(zhì)量矩旋轉(zhuǎn)彈系統(tǒng)動力學(xué)模型簡化為仿射型控制模型，并考慮了不確定性以及外界擾動的影響。將這個模型按照物理意義分為姿態(tài)角跟蹤回路和姿態(tài)角速度跟蹤回路，基于反演設(shè)計方法設(shè)計姿態(tài)控制器，為姿態(tài)角跟蹤回路設(shè)計常規(guī)滑�？刂坡�，為姿態(tài)角速度跟蹤回路設(shè)計了二階終端滑�？刂坡�，針對大范圍變化的系統(tǒng)參數(shù)設(shè)計了自適應(yīng)控制律，增加了系統(tǒng)對非線性、不確定性以及外界擾動的處理能力。仿真結(jié)果表明該姿態(tài)控制器具有良好的穩(wěn)定性和魯棒性。 最后，研究了滿足落角要求并帶有末端法向過載控制指令限制等多約束條件的制導(dǎo)律。推導(dǎo)了考慮舵機環(huán)節(jié)以及重力等非線性環(huán)節(jié)的導(dǎo)彈運動微分方程組，并基于帶有控制指令限制的MPSP方法設(shè)計了可實現(xiàn)多終端約束的在線非線性制導(dǎo)律。仿真表明了該多約束制導(dǎo)律的有效性和優(yōu)越性，而且得出了猜測控制量下的輸出與系統(tǒng)所希望輸出的差值越大，在線計算時間越長的結(jié)論。因此，采用了一種改變猜測初值的方法來減少在線計算時間。
【圖文】：

不同初始高度對機動能力的影響

控制回路形式
【學(xué)位授予單位】：北京理工大學(xué)
【學(xué)位級別】：博士
【學(xué)位授予年份】：2015
【分類號】：TJ765

【參考文獻】

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本文編號：2678732