制導(dǎo)炸彈是各國大力發(fā)展并廣泛使用的精確制導(dǎo)武器,投放空域大、命中精度高且外形結(jié)構(gòu)簡單。當(dāng)今制導(dǎo)炸彈的實(shí)際應(yīng)用一方面需要保證精度,另一方面需要降低成本。高精度低成本制導(dǎo)炸彈正是當(dāng)今重要的發(fā)展趨勢(shì)之一。制導(dǎo)炸彈飛行全程氣動(dòng)參數(shù)攝動(dòng)大、內(nèi)外擾動(dòng)劇烈,為實(shí)現(xiàn)高精度要求需要控制系統(tǒng)具有強(qiáng)魯棒性;若僅使用彈上四片氣動(dòng)操縱舵面的三片就可以實(shí)現(xiàn)穩(wěn)定控制,則可以取消不參與控制過程的舵面對(duì)應(yīng)的舵機(jī),這樣的改造可使制導(dǎo)炸彈成本顯著降低。本文在此背景下,從實(shí)際工程應(yīng)用角度出發(fā),主要研究制導(dǎo)炸彈古典控制和自抗擾控制兩種方法以及舵面卡死故障模式下的控制指令分配問題。首先,建立了能夠描述制導(dǎo)炸彈空間運(yùn)動(dòng)狀態(tài)的全量6DOF數(shù)學(xué)模型;依據(jù)小擾動(dòng)線性化假設(shè)推導(dǎo)了線性擾動(dòng)運(yùn)動(dòng)方程組,并給出三通道解耦的控制模型;基于質(zhì)點(diǎn)運(yùn)動(dòng)3DOF模型設(shè)計(jì)了一條標(biāo)準(zhǔn)彈道。其次,基于古典控制理論,分別對(duì)三通道設(shè)計(jì)了PID控制器;以高度作為調(diào)度參數(shù)在標(biāo)準(zhǔn)彈道上選取特征點(diǎn),利用“系數(shù)凍結(jié)”法求得動(dòng)力系數(shù),并通過時(shí)頻域分析設(shè)計(jì)了控制參數(shù);以增益定序的方式進(jìn)行6DOF仿真和蒙特卡洛打靶。然后,針對(duì)單點(diǎn)PID控制參數(shù)全局魯棒性差,而增益定序無法在理論上進(jìn)行穩(wěn)定性證明的不足,同時(shí)考慮到制導(dǎo)炸彈飛行全程內(nèi)部參數(shù)攝動(dòng)大和外部擾動(dòng)不確定性大,采用自抗擾控制(ADRC)設(shè)計(jì)了三通道控制器,角度環(huán)和角速度環(huán)均采用ADRC控制,過載環(huán)則使用PI控制;閉環(huán)系統(tǒng)穩(wěn)定性通過Lyapunov方法進(jìn)行證明;在特征點(diǎn)處進(jìn)行三通道控制參數(shù)設(shè)計(jì),單點(diǎn)仿真、6DOF仿真和蒙特卡洛打靶證明了ADRC比古典控制具有更強(qiáng)的魯棒性和抗擾能力。最后,為解決利用三片氣動(dòng)操縱舵面進(jìn)行控制的控制分配問題,根據(jù)偽逆法計(jì)算量小但未能考慮舵面位置約束,而不動(dòng)點(diǎn)迭代法能夠?qū)⒓s束限制加入優(yōu)化過程得特點(diǎn),提出了以偽逆法計(jì)算結(jié)果作為迭代初值,再通過不動(dòng)點(diǎn)迭代尋優(yōu)的操縱舵面混合控制分配方法;基于該方法進(jìn)行故障模式下控制分配6DOF仿真,結(jié)果表明控制指令能夠被準(zhǔn)確分配到三片操縱舵面上,實(shí)現(xiàn)制導(dǎo)炸彈的穩(wěn)定控制。綜上,本文的研究內(nèi)容可為自抗擾在制導(dǎo)炸彈控制中的應(yīng)用以及導(dǎo)彈容錯(cuò)控制相關(guān)方向提供有益參考,為現(xiàn)有制導(dǎo)炸彈的低成本化改造提供研究思路。
【學(xué)位單位】：哈爾濱工業(yè)大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：碩士
【學(xué)位年份】：2019
【中圖分類】：TJ414
【部分圖文】：

1.2 國內(nèi)外相關(guān)領(lǐng)域研究進(jìn)展1.2.1 制導(dǎo)炸彈國內(nèi)外研究現(xiàn)狀制導(dǎo)炸彈的打擊精度高、結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)簡單且使用方便，是戰(zhàn)爭中廣泛使用的空對(duì)地精確打擊武器，也是當(dāng)今世界各國的研究熱點(diǎn)之一[3]。制導(dǎo)炸彈的起源可以追溯到 20 世紀(jì) 40 年代，德國在二戰(zhàn)期間使用的“弗利茲-X”炸彈最早應(yīng)用于戰(zhàn)爭的一種制導(dǎo)炸彈。越南戰(zhàn)爭期間，美軍在軍事目標(biāo)打擊中使用了白星眼（Walleye)電視制導(dǎo)炸彈和和寶石路（Paveway）激光制導(dǎo)炸彈等新型制導(dǎo)體制炸彈[4]。隨后，多制導(dǎo)體制制導(dǎo)炸彈廣泛應(yīng)用于海灣戰(zhàn)爭。海灣戰(zhàn)爭后，美軍針對(duì)現(xiàn)有制導(dǎo)炸彈在實(shí)戰(zhàn)存在的缺點(diǎn)，提出了“惡劣天氣用精確制導(dǎo)彈藥（AWPGM）”計(jì)劃[5]，旨在發(fā)展一種具有多目標(biāo)攻擊能力、全天候攻擊、晝夜攻擊的先進(jìn)高精度打擊制導(dǎo)炸彈。美軍在該計(jì)劃下先后研制出包括GPS/INS-JDAM 制導(dǎo)炸彈和 LGB-250 激光制導(dǎo)炸彈在內(nèi)的多種具有不同作戰(zhàn)用途的制導(dǎo)炸彈[6]。國外有代表性的制導(dǎo)炸彈外形示意圖如以下各圖所示。

1.2 國內(nèi)外相關(guān)領(lǐng)域研究進(jìn)展1.2.1 制導(dǎo)炸彈國內(nèi)外研究現(xiàn)狀制導(dǎo)炸彈的打擊精度高、結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)簡單且使用方便，是戰(zhàn)爭中廣泛使用的空對(duì)地精確打擊武器，也是當(dāng)今世界各國的研究熱點(diǎn)之一[3]。制導(dǎo)炸彈的起源可以追溯到 20 世紀(jì) 40 年代，德國在二戰(zhàn)期間使用的“弗利茲-X”炸彈最早應(yīng)用于戰(zhàn)爭的一種制導(dǎo)炸彈。越南戰(zhàn)爭期間，美軍在軍事目標(biāo)打擊中使用了白星眼（Walleye)電視制導(dǎo)炸彈和和寶石路（Paveway）激光制導(dǎo)炸彈等新型制導(dǎo)體制炸彈[4]。隨后，多制導(dǎo)體制制導(dǎo)炸彈廣泛應(yīng)用于海灣戰(zhàn)爭。海灣戰(zhàn)爭后，美軍針對(duì)現(xiàn)有制導(dǎo)炸彈在實(shí)戰(zhàn)存在的缺點(diǎn)，提出了“惡劣天氣用精確制導(dǎo)彈藥（AWPGM）”計(jì)劃[5]，旨在發(fā)展一種具有多目標(biāo)攻擊能力、全天候攻擊、晝夜攻擊的先進(jìn)高精度打擊制導(dǎo)炸彈。美軍在該計(jì)劃下先后研制出包括GPS/INS-JDAM 制導(dǎo)炸彈和 LGB-250 激光制導(dǎo)炸彈在內(nèi)的多種具有不同作戰(zhàn)用途的制導(dǎo)炸彈[6]。國外有代表性的制導(dǎo)炸彈外形示意圖如以下各圖所示。

制導(dǎo)炸彈的起源可以追溯到 20 世紀(jì) 40 年代，德國在二戰(zhàn)期間使用的“弗利茲-X”炸彈最早應(yīng)用于戰(zhàn)爭的一種制導(dǎo)炸彈。越南戰(zhàn)爭期間，美軍在軍事目標(biāo)打擊中使用了白星眼（Walleye)電視制導(dǎo)炸彈和和寶石路（Paveway）激光制導(dǎo)炸彈等新型制導(dǎo)體制炸彈[4]。隨后，多制導(dǎo)體制制導(dǎo)炸彈廣泛應(yīng)用于海灣戰(zhàn)爭。海灣戰(zhàn)爭后，美軍針對(duì)現(xiàn)有制導(dǎo)炸彈在實(shí)戰(zhàn)存在的缺點(diǎn)，提出了“惡劣天氣用精確制導(dǎo)彈藥（AWPGM）”計(jì)劃[5]，旨在發(fā)展一種具有多目標(biāo)攻擊能力、全天候攻擊、晝夜攻擊的先進(jìn)高精度打擊制導(dǎo)炸彈。美軍在該計(jì)劃下先后研制出包括GPS/INS-JDAM 制導(dǎo)炸彈和 LGB-250 激光制導(dǎo)炸彈在內(nèi)的多種具有不同作戰(zhàn)用途的制導(dǎo)炸彈[6]。國外有代表性的制導(dǎo)炸彈外形示意圖如以下各圖所示。圖 1-1 小直徑制導(dǎo)炸彈 SDB 圖 1-2 手術(shù)刀制導(dǎo)炸彈
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8 ;澳大利亞和泰國發(fā)展制導(dǎo)炸彈[J];彈箭技術(shù);1996年04期

9 王樹魁;;俄羅斯制導(dǎo)炸彈的發(fā)展[J];現(xiàn)代兵器;1994年01期

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本文編號(hào)：2885830