發(fā)布時間：2020-07-30 14:29

【摘要】：對于尋的制導(dǎo)魚雷,脫靶量已經(jīng)不是唯一的技術(shù)指標(biāo),進(jìn)一步提高魚雷打擊目標(biāo)的精度或者實(shí)現(xiàn)一些特殊的戰(zhàn)術(shù)打擊要求也越來越顯示出其重要性,尤其是目標(biāo)加速度未知擾動、制導(dǎo)指令奇異等問題以及終端交會約束(交會角度或者交會時間約束)等要求的存在,這無疑大大增加了魚雷末端精確制導(dǎo)的難度。由于水下環(huán)境的影響,魚雷在末制導(dǎo)段探測范圍很小,必須通過合理的制導(dǎo)指令控制使彈道在制導(dǎo)前段有限時間內(nèi)轉(zhuǎn)化為平直,為實(shí)現(xiàn)上述特殊要求提供便利條件。針對這一問題,研究有限時間收斂的帶終端交會角度/交會時間約束的非奇異精確制導(dǎo)律具有重要的戰(zhàn)略意義和深遠(yuǎn)的應(yīng)用前景。本文的主要工作及研究成果如下:(1)基于非線性收斂因子的有限時間收斂制導(dǎo)律設(shè)計(jì)針對傳統(tǒng)滑模制導(dǎo)律選取的線性滑模面,存在收斂速度慢,即對收斂時間沒有約束這一問題,本文對有限時間收斂滑�？刂七M(jìn)行了探討,并提出一種改進(jìn)的終端滑�？刂品椒�,通過引入非線性因子,并結(jié)合指數(shù)趨近律設(shè)計(jì)有限時間快速收斂制導(dǎo)律,滿足系統(tǒng)快速性收斂要求。理論分析表明:所設(shè)計(jì)的制導(dǎo)律滿足系統(tǒng)穩(wěn)定性要求,并且仿真驗(yàn)證了其快速收斂的有效性,較傳統(tǒng)滑模制導(dǎo)方法收斂速度更快,魯棒性更強(qiáng)。(2)基于目標(biāo)干擾估計(jì)的帶交會角約束制導(dǎo)律設(shè)計(jì)針對目標(biāo)加速度產(chǎn)生的未知擾動嚴(yán)重影響著魚雷的制導(dǎo)精度這一問題。本文采用滑�？刂扑枷�,結(jié)合擴(kuò)展?fàn)顟B(tài)觀測器對干擾進(jìn)行估計(jì),分別設(shè)計(jì)了基于反演滑模和積分滑�？刂频膸Ы粫嵌燃s束制導(dǎo)律,兩種制導(dǎo)律都能保證系統(tǒng)穩(wěn)定。在所設(shè)計(jì)的制導(dǎo)律作用下,視線角變化率能夠收斂到零,交會角度收斂到期望值。理論證實(shí)了制導(dǎo)系統(tǒng)的穩(wěn)定性,仿真驗(yàn)證了本文所設(shè)計(jì)制導(dǎo)律的有效性。(3)基于非奇異滑模控制的帶交會角約束制導(dǎo)律設(shè)計(jì)針對滑�？刂瓶赡艹霈F(xiàn)的奇異問題,利用飽和函數(shù)的限幅特性,提出了基于飽和函數(shù)的非奇異滑�？刂品椒�。然后,考慮到交會角度約束問題,設(shè)計(jì)了基于非奇異滑�？刂品椒ㄅc有限時間收斂理論的帶交會角度約束制導(dǎo)律,分析了制導(dǎo)系統(tǒng)的穩(wěn)定性,并具體討論制導(dǎo)律的奇異與非奇異特性以及制導(dǎo)系統(tǒng)變量的有限時間收斂特性。最后,將自動駕駛儀動態(tài)特性考慮到制導(dǎo)系統(tǒng)模型中,并進(jìn)行了仿真分析,驗(yàn)證了制導(dǎo)律的有效性及非奇異特性。(4)基于反饋線性化有限時間收斂的帶交會角約束制導(dǎo)律設(shè)計(jì)針對反饋線性化控制只能實(shí)現(xiàn)漸近收斂這一問題,本文在采用反饋線性化方法的同時,結(jié)合有限時間收斂控制理論設(shè)計(jì)了兩種帶交會角度約束的非奇異快速收斂制導(dǎo)律。首先,將制導(dǎo)系統(tǒng)模型轉(zhuǎn)換為可反饋線性化模型;進(jìn)而,采用有限時間控制理論設(shè)計(jì)了控制律,并對控制律中存在的未知目標(biāo)干擾進(jìn)行估計(jì),實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)變量快速收斂到期望值。數(shù)值仿真表明,該帶交會角度約束制導(dǎo)律能滿足不同初始航向角和不同交會角度的約束條件要求,驗(yàn)證了本文制導(dǎo)律的快速收斂特性及魯棒性。(5)基于剩余時間估計(jì)的帶交會時間約束滑模制導(dǎo)律設(shè)計(jì)針對終端交會時間約束制導(dǎo)律存在收斂速度慢的問題,通過分析剩余交會時間估算方法,采用滑�？刂评碚撆cLyapunov穩(wěn)定性理論分析設(shè)計(jì)了帶時間約束制導(dǎo)律。為了獲取更快的收斂速度,將制導(dǎo)律分為等效控制和滑�？刂�,并采用分段函數(shù)的方法避免了可能出現(xiàn)的奇異值問題,仿真實(shí)驗(yàn)結(jié)果驗(yàn)證了該制導(dǎo)律的有效性。
【學(xué)位授予單位】：西北工業(yè)大學(xué)
【學(xué)位級別】：博士
【學(xué)位授予年份】：2018
【分類號】：TJ765.3
【圖文】：

（１）地面坐標(biāo)系逡逑確定重心運(yùn)動時，應(yīng)選取與地球固連的坐標(biāo)系即地面坐標(biāo)系．，如逡逑圖２－１所示。逡逑坐標(biāo)原點(diǎn)選取地面任意的適當(dāng)位置，本文選取魚雷發(fā)射點(diǎn)；軸處逡逑于地平面內(nèi)指向某一適當(dāng)位置，一般選取魚雷發(fā)射方向，另外0ｅｘｅ軸方向也稱逡逑為參考航向；0ｅＦｅ軸垂直于地面并指向上方，此軸也稱為鉛垂軸；０Ｊｅ軸處于逡逑地平面內(nèi)，垂直與ｘｅ０ｅｙｅ平面，其方向按右手法則確定。用地面坐標(biāo)系描述魚雷逡逑的軌跡最為合適，任意時刻的坐標(biāo)（ｘｆｔｙｅ，ｚｅ）決定了魚雷重心的瞬時位置，函數(shù)逡逑確定了魚雷重心的空間運(yùn)動軌跡。逡逑ｔ邋ｔ邐＾逡逑ｙｅ邋ｙ，逡逑／．．．Ｘｉ逡逑／逡逑／逡逑／＃！逡逑／／７逡逑＾）邐邐逡逑0ｅ邋邐％逡逑，考ｚ逡逑／逡逑ｙ逡逑圖２－１地面坐標(biāo)系與彈體坐標(biāo)系逡逑⑵彈體坐標(biāo)系逡逑１７逡逑

逡逑描述魚雷轉(zhuǎn)動的坐標(biāo)系如圖２－１所７Ｋ。該坐標(biāo)系隨魚雷一■起運(yùn)動，稱逡逑之為彈體坐標(biāo)系（假設(shè)彈體為軸對稱）。原點(diǎn)0位于魚雷重心處。三個坐標(biāo)軸與彈體逡逑固連，０化軸位于彈體對稱面內(nèi)與彈體幾何對稱軸在同一方向上，并指向彈頭，逡逑又可以稱為彈體縱軸；0仇軸處于魚雷縱對稱面內(nèi)，并垂直于0；＾軸，指向上方；逡逑軸垂直于；＾０奶平面，此軸又稱為彈體橫軸。逡逑⑶速度坐標(biāo)系逡逑為確定作用在彈體上的流體動力，描述魚雷重心速度向量Ｖ與彈體之間的相對位逡逑置，選取速度坐標(biāo)系免}B，如圖２－２所示。速度坐標(biāo)系原點(diǎn)０位于魚雷重心處。Ｑ？逡逑軸與魚雷重心運(yùn)動軌跡的切線方向一致，其正方向?yàn)轸~雷重心運(yùn)動瞬時速度向量ｖ逡逑的方向

圖２－３彈遣坐標(biāo)系逡逑

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本文編號：2775669