近數(shù)十年來滑�？刂谱鳛橐环N具有高魯棒性的非線性控制方法,得到了大量學(xué)者的深入研究�；？刂评碚撌且环N具有控制器設(shè)計(jì)簡(jiǎn)單,控制時(shí)間較短,抗干擾能力強(qiáng),物理上容易實(shí)現(xiàn)等優(yōu)點(diǎn)的控制理論,可以使系統(tǒng)有效的應(yīng)對(duì)來自系統(tǒng)內(nèi)部的不確定性和來自外部的干擾。由于制導(dǎo)末端過程要求系統(tǒng)具有高穩(wěn)定性,迅速精確打擊能力,以及攻擊角限制能力,滑模控制被廣泛應(yīng)用于制導(dǎo)律設(shè)計(jì)中。為了進(jìn)一步提高導(dǎo)彈自身的性能,需要對(duì)導(dǎo)彈制導(dǎo)控制系統(tǒng)進(jìn)行整體化考量,實(shí)現(xiàn)導(dǎo)彈的姿態(tài)控制與制導(dǎo)一體化設(shè)計(jì)(Integrated Guidance and Control,IGC)。本文以末端制導(dǎo)控制中導(dǎo)彈打擊機(jī)動(dòng)目標(biāo)為研究背景,基于滑�？刂评碚�,考慮導(dǎo)彈自動(dòng)駕駛儀一階動(dòng)態(tài)特性,設(shè)計(jì)了一種近似的一體化制導(dǎo)律。又結(jié)合動(dòng)態(tài)面控制和非線性擴(kuò)張狀態(tài)觀測(cè)器設(shè)計(jì)了一種全新的一體化制導(dǎo)律。本文的主要內(nèi)容如下:首先,本文介紹了導(dǎo)彈制導(dǎo)模型中常用的坐標(biāo)系以及各個(gè)坐標(biāo)系之間的轉(zhuǎn)換關(guān)系。針對(duì)滑模控制介紹了其基本控制原理,介紹了終端滑�？刂频葞追N常見的滑�？刂�,在數(shù)學(xué)上對(duì)滑�？刂频牡竭_(dá)態(tài)和滑模態(tài)進(jìn)行詳細(xì)描述,對(duì)滑�？刂频聂敯粜赃M(jìn)行分析,說明了其抖振現(xiàn)象產(chǎn)生的原因,抖振現(xiàn)象的危害,以及消除系統(tǒng)抖振的幾種常用方法。舉例介紹了動(dòng)態(tài)面控制思想以及相對(duì)于反步控制的優(yōu)點(diǎn)。給出了有限時(shí)間收斂定理及其證明過程。其次,將導(dǎo)彈視為質(zhì)點(diǎn),給出了導(dǎo)彈質(zhì)心的動(dòng)力學(xué)與運(yùn)動(dòng)學(xué)方程,忽略俯仰平面和偏航平面間的耦合性,給出了俯仰平面內(nèi)導(dǎo)彈制導(dǎo)控制的運(yùn)動(dòng)學(xué)方程以及二維平面內(nèi)導(dǎo)彈目和標(biāo)之間的攔截方程。再次,結(jié)合二維平面內(nèi)導(dǎo)彈目標(biāo)攔截方程和自動(dòng)駕駛儀的一階動(dòng)態(tài)延遲特性給出了二維平面內(nèi)的準(zhǔn)一體化制導(dǎo)模型。針對(duì)該模型,基于快速終端滑模面和快速趨近律設(shè)計(jì)了一種全局快速終端滑模制導(dǎo)律,應(yīng)用李雅普諾夫穩(wěn)定原理證明該制導(dǎo)律在任意狀態(tài)下滿足全局快速有限時(shí)間收斂。通過仿真實(shí)驗(yàn)分析表明該制導(dǎo)律能夠有效的補(bǔ)償了自動(dòng)駕駛儀的延遲,滿足攻擊角的限制,并且具有較短的制導(dǎo)時(shí)間。最后,在導(dǎo)彈俯仰平面內(nèi)的運(yùn)動(dòng)學(xué)方程和二維平面內(nèi)導(dǎo)彈目標(biāo)攔截方程的基礎(chǔ)上構(gòu)建了俯仰平面一體化制導(dǎo)模型。針對(duì)該模型,結(jié)合動(dòng)態(tài)面控制與非奇異快速終端滑模面設(shè)計(jì)了一種考慮攻擊角限制的一體化制導(dǎo)律。另外,考慮到非奇異快速滑模控制器中的切換函數(shù)和目標(biāo)的未知加速度帶來的擾動(dòng)會(huì)導(dǎo)致系統(tǒng)的抖振,增加系統(tǒng)的不確定性,本文還給出了一種新的非線性擴(kuò)張狀態(tài)觀測(cè)器,并將該觀測(cè)器的估計(jì)值用于抵消一體化控制中的不確定性,最終設(shè)計(jì)了一種具有低抖振特性的一體化制導(dǎo)律。最后選擇追擊具有正弦加速度的目標(biāo)的場(chǎng)景將上述兩種一體化制導(dǎo)律進(jìn)行仿真與對(duì)比。仿真結(jié)果表明,帶非線性狀態(tài)觀測(cè)器的制導(dǎo)律具有更好的性能,能更好的完成制導(dǎo)任務(wù)。
【學(xué)位單位】：哈爾濱工程大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：碩士
【學(xué)位年份】：2018
【中圖分類】：TJ765.3
【部分圖文】：

制導(dǎo)控制一體化

地面系與彈體系角度變化圖示

圖 2.2 地面坐標(biāo)系與彈道坐標(biāo)系間的角度體坐標(biāo)系之間的轉(zhuǎn)換矩陣彈道坐標(biāo)系3Ox 根據(jù)定義都為實(shí)際系繞彈體系3Ox 軸的運(yùn)動(dòng)。所以兩個(gè)滑角β 。以導(dǎo)彈質(zhì)點(diǎn)為起始點(diǎn)的速度
【參考文獻(xiàn)】

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本文編號(hào)：2852085