隨著現(xiàn)代戰(zhàn)爭的日益復(fù)雜化,戰(zhàn)術(shù)指標(biāo)也隨之提出了更高的要求,因此對導(dǎo)彈的控制技術(shù)要求有更高的性能。偏轉(zhuǎn)彈頭作為一種新穎的導(dǎo)彈控制方式,使導(dǎo)彈控制系統(tǒng)能夠滿足快速響應(yīng)的性能需求,與傳統(tǒng)的尾舵控制相比,該方式具備更高的機(jī)動性,能夠大大縮短響應(yīng)時(shí)間,并且擁有良好的氣動特性。本文針對偏轉(zhuǎn)頭導(dǎo)彈動力學(xué)建模及其控制方案進(jìn)行了如下研究。導(dǎo)彈頭部相對彈身轉(zhuǎn)動不但會對導(dǎo)彈的氣動特性產(chǎn)生一定的影響,而且使得其動力學(xué)模型也會產(chǎn)生相應(yīng)的變化。因此,為了研究偏轉(zhuǎn)頭導(dǎo)彈控制技術(shù),本文首先進(jìn)行了動力學(xué)建模分析。由于彈頭偏轉(zhuǎn)特點(diǎn)且彈頭質(zhì)量不可忽略,采用動量及動量矩定理建立了導(dǎo)彈包含多體耦合的動力學(xué)方程,在考慮運(yùn)動耦合項(xiàng)的條件下進(jìn)行了線性化,推導(dǎo)出了便于自動駕駛儀設(shè)計(jì)和分析的運(yùn)動模型。對于偏轉(zhuǎn)彈頭導(dǎo)彈,偏轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)是控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)的關(guān)鍵。本文對兩種偏轉(zhuǎn)控制機(jī)構(gòu)及其控制方式進(jìn)行了研究對比分析,建立了機(jī)構(gòu)的控制回路結(jié)構(gòu),給出了一種合理、簡單的偏轉(zhuǎn)彈頭控制方案,通過坐標(biāo)轉(zhuǎn)換推導(dǎo)得出了彈頭偏轉(zhuǎn)的控制方式,仿真結(jié)果表明所提出的兩種機(jī)構(gòu)均能滿足系統(tǒng)性能要求,且斜盤式偏轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)能夠更準(zhǔn)確、快速的實(shí)現(xiàn)彈頭的偏轉(zhuǎn)控制需求。針對偏轉(zhuǎn)頭導(dǎo)彈控制系統(tǒng)設(shè)計(jì),首先通過分析彈頭偏轉(zhuǎn)對彈體運(yùn)動的影響,得出了偏轉(zhuǎn)頭導(dǎo)彈控制方案。在此基礎(chǔ)上,采用耦合通道的獨(dú)立設(shè)計(jì)方法,將耦合項(xiàng)視作通道間的擾動;基于經(jīng)典控制設(shè)計(jì)了采用雙回路結(jié)構(gòu)的控制器,由內(nèi)而外采用頻域法設(shè)計(jì),在內(nèi)外回路設(shè)計(jì)均保證了系統(tǒng)的穩(wěn)定性,針對特征點(diǎn)的仿真結(jié)果表明本文所設(shè)計(jì)的控制器是合理的;基于有限時(shí)間穩(wěn)定理論和高階滑模變結(jié)構(gòu)控制方法,推導(dǎo)了過載跟蹤誤差狀態(tài)方程,設(shè)計(jì)了保證有限時(shí)間收斂的變結(jié)構(gòu)過載跟蹤控制規(guī)律。從得到的仿真結(jié)果來看,本文所設(shè)計(jì)的滑模變結(jié)構(gòu)控制規(guī)律使導(dǎo)彈響應(yīng)速度較快且穩(wěn)態(tài)精度較高,并實(shí)現(xiàn)了俯仰、偏航運(yùn)動對滾轉(zhuǎn)運(yùn)動耦合干擾的抑制,消除了彈頭偏轉(zhuǎn)對彈體運(yùn)動的影響。最后,針對偏轉(zhuǎn)頭導(dǎo)彈的導(dǎo)引系統(tǒng)以及制導(dǎo)律設(shè)計(jì)進(jìn)行了研究。設(shè)計(jì)了偏轉(zhuǎn)頭導(dǎo)彈導(dǎo)引系統(tǒng)的穩(wěn)定平臺控制器,驗(yàn)證了所設(shè)計(jì)的控制器的有效性;建立了導(dǎo)彈與目標(biāo)的相對運(yùn)動模型,在此基礎(chǔ)上設(shè)計(jì)了一種最優(yōu)制導(dǎo)律,并通過與經(jīng)典比例導(dǎo)引進(jìn)行了對比驗(yàn)證分析,仿真結(jié)果表明所設(shè)計(jì)的最優(yōu)制導(dǎo)律更具優(yōu)越性。
【學(xué)位單位】：哈爾濱工程大學(xué)
【學(xué)位級別】：碩士
【學(xué)位年份】：2016
【中圖分類】：TJ760
【部分圖文】：

服鉸鏈力矩的影響，應(yīng)使彈頭的質(zhì)心位于在鉸鏈軸上，并且在飛行過程中使彈頭部分的??壓心保持在鉸鏈軸心，從而能夠使得彈頭相對彈體不會產(chǎn)生附加的結(jié)構(gòu)和氣動載荷，且??當(dāng)彈頭偏轉(zhuǎn)時(shí)也不會造成導(dǎo)彈整體質(zhì)心的變化。偏轉(zhuǎn)頭導(dǎo)彈示意圖如圖２．１所示，為了便??于分析和計(jì)算，設(shè)導(dǎo)彈彈頭之后的部分（稱為后體）為圓柱形，彈頭為圓錐形。〇為全??彈的總質(zhì)心，＜９？為彈頭的質(zhì)心為后體的質(zhì)心。?????ａｔ?ｑ?｜???圖２．１偏轉(zhuǎn)頭導(dǎo)彈外形示意圖??偏轉(zhuǎn)頭導(dǎo)彈在彈頭不相對彈體偏轉(zhuǎn)時(shí)氣動外形為軸對稱型，為了實(shí)現(xiàn)快速性，故可??以采用側(cè)滑機(jī)動（ＳＴＴ）的控制方式，導(dǎo)彈滾轉(zhuǎn)運(yùn)動可以通過設(shè)計(jì)自動駕駛儀來實(shí)現(xiàn)彈體??的穩(wěn)定。由于偏轉(zhuǎn)彈頭沒有提供彈體滾轉(zhuǎn)的運(yùn)動控制，僅提供了俯仰運(yùn)動和偏航運(yùn)動的??運(yùn)動控制。為了方便控制器的設(shè)計(jì)，因此本文通過在彈體尾部安裝空氣舵方式控制導(dǎo)彈??的滾轉(zhuǎn)運(yùn)動�？刂颇Ｊ骄唧w為：在保證彈體滾轉(zhuǎn)穩(wěn)定的條件下，俯仰運(yùn)動、偏航運(yùn)動通??７??

３．２彈頭結(jié)構(gòu)及組成??傳統(tǒng)意義下得導(dǎo)彈彈頭主要由殼體、戰(zhàn)斗部、導(dǎo)引頭和保證彈頭正常完成其功能的??各種裝置和系統(tǒng)組成，其導(dǎo)彈的彈頭的結(jié)構(gòu)如圖３．１所示。??－??４??１－彈頭殼體２－彈身中軸線３－戰(zhàn)斗部４－導(dǎo)引頭５－彈身??圖３．１傳統(tǒng)彈頭結(jié)構(gòu)??然而偏轉(zhuǎn)頭導(dǎo)彈的彈頭結(jié)構(gòu)在原有結(jié)構(gòu)的基礎(chǔ)上又增加了可以控制彈頭轉(zhuǎn)動的偏??轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)，如圖３．２所示。彈頭的組成隨導(dǎo)彈及其打擊目標(biāo)的不同而有很大差別，在此只??討論偏轉(zhuǎn)頭導(dǎo)彈彈頭結(jié)構(gòu)。??／?４??１－彈頭殼體２－彈身中軸線３－戰(zhàn)斗部４－導(dǎo)引頭??５－偏轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)６－彈身■＿??圖３．２偏轉(zhuǎn)頭導(dǎo)彈彈頭結(jié)構(gòu)??殼體：導(dǎo)彈在飛行時(shí)最高速度有可能高達(dá)１０？２５倍聲速，須承受自身重力３０？５０??１８??

３．２彈頭結(jié)構(gòu)及組成??傳統(tǒng)意義下得導(dǎo)彈彈頭主要由殼體、戰(zhàn)斗部、導(dǎo)引頭和保證彈頭正常完成其功能的??各種裝置和系統(tǒng)組成，其導(dǎo)彈的彈頭的結(jié)構(gòu)如圖３．１所示。??－??４??１－彈頭殼體２－彈身中軸線３－戰(zhàn)斗部４－導(dǎo)引頭５－彈身??圖３．１傳統(tǒng)彈頭結(jié)構(gòu)??然而偏轉(zhuǎn)頭導(dǎo)彈的彈頭結(jié)構(gòu)在原有結(jié)構(gòu)的基礎(chǔ)上又增加了可以控制彈頭轉(zhuǎn)動的偏??轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)，如圖３．２所示。彈頭的組成隨導(dǎo)彈及其打擊目標(biāo)的不同而有很大差別，在此只??討論偏轉(zhuǎn)頭導(dǎo)彈彈頭結(jié)構(gòu)。??／?４??１－彈頭殼體２－彈身中軸線３－戰(zhàn)斗部４－導(dǎo)引頭??５－偏轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)６－彈身■＿??圖３．２偏轉(zhuǎn)頭導(dǎo)彈彈頭結(jié)構(gòu)??殼體：導(dǎo)彈在飛行時(shí)最高速度有可能高達(dá)１０？２５倍聲速，須承受自身重力３０？５０??１８??
【參考文獻(xiàn)】

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本文編號：2860193