【摘要】：精確制導(dǎo)武器在現(xiàn)代戰(zhàn)爭中地位逐漸提高,這也預(yù)示著未來武器發(fā)展的方向就是發(fā)展精確制導(dǎo)武器�；柙龀淌街茖�(dǎo)炮彈具有威力大、射程遠(yuǎn)、高精度、低成本等特點,因此具有極高的研究價值和作戰(zhàn)應(yīng)用價值。本文以制導(dǎo)炮彈滑翔增程彈道規(guī)劃以及實現(xiàn)為課題背景,利用Gauss偽譜法(GPM)設(shè)計出滑翔增程方案彈道,研究帶有擾動的跟蹤制導(dǎo)律對方案彈道進(jìn)行跟蹤,并研究考慮終端大落角打擊的制導(dǎo)律,完成制導(dǎo)炮彈由發(fā)射到精準(zhǔn)打擊目標(biāo)的滑翔增程彈道的設(shè)計與實現(xiàn)。本文主要研究內(nèi)容如下:首先,闡述課題背景和研究的目的及意義,并對制導(dǎo)炮彈的國內(nèi)外研究概況,以及彈道規(guī)劃、彈道跟蹤控制和帶落角約束的制導(dǎo)律等研究領(lǐng)域的國內(nèi)外研究概況進(jìn)行簡要分析。為便于后面控制器的設(shè)計及數(shù)值仿真,首先介紹制導(dǎo)炮彈坐標(biāo)系定義和相互之間的轉(zhuǎn)化關(guān)系,由于課題對制導(dǎo)炮彈的整體彈道問題進(jìn)行研究,所以根據(jù)制導(dǎo)炮彈自身的特點和具體飛行階段建立準(zhǔn)確的三維質(zhì)心數(shù)學(xué)模型,隨后介紹制導(dǎo)模型以及相關(guān)計算關(guān)系。根據(jù)參考數(shù)據(jù),進(jìn)行插值擬合,得到根據(jù)不同輸入的具體氣動參數(shù)。最后簡要介紹滑�？刂�(SMC)的基本原理。其次,基于三維平面的制導(dǎo)炮彈質(zhì)點彈道模型,結(jié)合約束條件與射程最大化的目標(biāo)函數(shù),建立了增程彈道規(guī)劃模型。介紹了Gauss偽譜法的基本原理及其特點,然后闡述了GPM如何將連續(xù)的動態(tài)優(yōu)化問題轉(zhuǎn)化為離散的優(yōu)化問題。將GPM和序列二次規(guī)劃方法相結(jié)合的優(yōu)化算法,求解制導(dǎo)炮彈增程方案彈道。仿真時以不同出炮口發(fā)射速度和不同發(fā)射角度為初始條件,以射程最大化為性能指標(biāo)函數(shù),給出不同情形的仿真結(jié)果。最后選擇一組射程最遠(yuǎn)的優(yōu)化彈道作為后續(xù)跟蹤的方案彈道。再次,利用高斯偽譜法得到了縱向平面射程最大的三維優(yōu)化彈道。將設(shè)計相應(yīng)的魯棒跟蹤制導(dǎo)律對之前得到的三維優(yōu)化彈道進(jìn)行跟蹤。對含有六個狀態(tài)的制導(dǎo)炮彈質(zhì)心控制系統(tǒng)簡化為縱向和側(cè)向兩個子系統(tǒng),利用反饋線性化控制簡化后的控制系統(tǒng)寫成了一般非線性二階系統(tǒng)的形式,并給出直接控制量與虛擬控制量之間的轉(zhuǎn)換關(guān)系。然后針對簡化后的系統(tǒng),設(shè)計滑模面,針對擾動上界已知的情況,設(shè)計一個跟蹤控制器,實現(xiàn)對彈道指令的跟蹤。由于實際過程中,擾動上界很難獲得,所以針對擾動上界未知的情況,設(shè)計了一個基于自適應(yīng)的跟蹤控制器。以上兩種方法均要給出穩(wěn)定性證明,并通過數(shù)字仿真進(jìn)一步證明控制器的有效性,針對仿真結(jié)果,對所設(shè)計的控制器性能進(jìn)行簡要分析。最后,對于末制導(dǎo)階段首先建立考慮一階自動駕駛儀動態(tài)延遲的三維制導(dǎo)模型。針對目標(biāo)加上界未知的情形,設(shè)計了基于自適應(yīng)的,具有攻擊角約束和動態(tài)延遲特性的三維積分滑模制導(dǎo)律,并通過Lyapunov穩(wěn)定性理論,證明了系統(tǒng)的穩(wěn)定性。為進(jìn)一步驗證所設(shè)計控制器的有效性,給定符合實際的初始條件進(jìn)行數(shù)字仿真,針對仿真結(jié)果進(jìn)行簡要分析。最后將之前所設(shè)計的方法整合一起,進(jìn)行含有炮彈上升段,滑翔增程彈道段和末制導(dǎo)段的彈道整體實現(xiàn)。
【學(xué)位授予單位】：哈爾濱工業(yè)大學(xué)
【學(xué)位級別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2018
【分類號】：TJ413.6
【圖文】：

究價值和作戰(zhàn)應(yīng)用價值。內(nèi)外研究概況制導(dǎo)炮彈的研究概況導(dǎo)炮彈起初由美國和前蘇聯(lián)兩個國家在上個世紀(jì) 70 年代著手研制，期裝備于陸軍，制導(dǎo)炮彈在兩個國家的軍隊裝備之后，法國、德國、意大國家也引起高度重視，也紛紛開展這種新型武器的研制[4]。導(dǎo)炮彈的發(fā)展基本可以歸納為兩個階段。最初制導(dǎo)炮彈的成品最具代美國的“銅斑蛇”和前蘇聯(lián)的“紅土地”�！般~斑蛇”為 155mm 口徑炮圍為 4~20km，命中率 0.8~0.9，圓概率誤差為 0.4~0.9m。由于“銅斑蛇地”制導(dǎo)炮彈為同一時代產(chǎn)品，所以有很多相似之處，主要區(qū)別是“用了單通道控制，簡化了彈上控制設(shè)備，降低了很多成本�！凹t土地”三位氣動舵控制，因而比“銅斑蛇”的機(jī)動性要好，為產(chǎn)生更好的殺土地”在制導(dǎo)方面采用了過重補(bǔ)償措施，圖 1-2 為“紅土地”制導(dǎo)炮

2 2 2cosTr Mrr rq rq q a a 22 sin cosT Mrq rq rq q q a a cos 2 cos 2 sinT Mq rq q rq q q a a T , ]M Ma a 和T[ , , ]T Tr T Ta a a a 分別為投影目標(biāo)加速度矢量。的就是要設(shè)計制導(dǎo)炮彈的法向過載，保證行接近原理精準(zhǔn)打擊目標(biāo)。因此本次制導(dǎo)Ma ，使得縱向視線角速率q 和側(cè)向視線角在打擊目標(biāo)的末制導(dǎo)過程的最后一刻，炮就是速度方向角的差值。制導(dǎo)炮彈末制導(dǎo)是指炮彈在保證精準(zhǔn)擊中目標(biāo)時同時而且于縱向平面打擊效果幾何構(gòu)型來對制導(dǎo)炮

【參考文獻(xiàn)】

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1 楊榮軍;葉瑤;閆德恒;王寅;;滑�？刂圃谥茖�(dǎo)彈藥彈道跟蹤中的應(yīng)用[J];彈道學(xué)報;2015年04期

2 李偉明;孫瑞勝;白宏陽;劉鵬云;;變后掠翼航彈最優(yōu)彈道自適應(yīng)滑模跟蹤控制[J];系統(tǒng)工程與電子技術(shù);2015年02期

3 陳琦;王中原;常思江;舒敬榮;;不確定飛行環(huán)境下的滑翔制導(dǎo)炮彈方案彈道優(yōu)化[J];航空學(xué)報;2014年09期

4 胡江;王連柱;解維河;;艦炮火箭助推滑翔增程制導(dǎo)炮彈現(xiàn)狀及應(yīng)用研究[J];飛航導(dǎo)彈;2013年10期

5 白毅;仲海東;秦雅娟;夜樂萍;;國外制導(dǎo)炮彈發(fā)展綜述[J];飛航導(dǎo)彈;2013年05期

6 楊旭;伊鑫;;基于LQR的制導(dǎo)炸彈彈道跟蹤控制律設(shè)計與仿真研究[J];戰(zhàn)術(shù)導(dǎo)彈技術(shù);2010年05期

7 張友根;張友安;施建洪;徐怡鋒;;基于雙圓弧原理的協(xié)同制導(dǎo)律研究[J];海軍航空工程學(xué)院學(xué)報;2009年05期

8 李瑜;楊志紅;崔乃剛;;助推-滑翔導(dǎo)彈彈道優(yōu)化研究[J];宇航學(xué)報;2008年01期

9 陳克俊，趙漢元;一種適用于攻擊地面固定目標(biāo)的最優(yōu)再入機(jī)動制導(dǎo)律[J];宇航學(xué)報;1994年01期

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1 劉平;控制變量參數(shù)化最優(yōu)控制問題計算方法研究[D];浙江大學(xué);2017年

2 楊榮軍;旋轉(zhuǎn)制導(dǎo)炮彈飛行彈道及控制系統(tǒng)設(shè)計方法研究[D];南京理工大學(xué);2012年

3 劉欣;助推—滑翔式飛行器彈道設(shè)計與制導(dǎo)技術(shù)研究[D];國防科學(xué)技術(shù)大學(xué);2012年

4 常思江;某鴨式布局防空制導(dǎo)炮彈的飛行彈道特性與控制方案研究[D];南京理工大學(xué);2011年

5 鄭友勝;遠(yuǎn)程制導(dǎo)炮彈彈道優(yōu)化設(shè)計與姿態(tài)控制方法研究[D];南京理工大學(xué);2008年

本文編號：2734685