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《北京理工大学》 2016年
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制导弹药BTT控制系统设计

亢有为  
【摘要】:随着高新技术在防空领域的应用和作战需求日益复杂化,大大促进了防区外投放的精确制导弹药的发展,中远程精确打击、定向攻击成为了当今战场的突出特点。BTT制导弹药以其气动效率高、可大范围机动、射程远等特点而备受关注,本文以某型滑翔导弹为背景,针对其BTT控制系统的设计问题进行了相关研究。首先,本文将BTT控制系统设计分成制导律和自驾仪两部分,依据弹上受力和力矩状态建立了BTT滑翔导弹的运动学模型和动力学模型,基于一定的假设条件对动力学模型进行了简化,并着重分析了各通道间的耦合关系,同时给出了控制指令的生成方法。然后,针对带终端约束的制导律设计问题,建立并简化了二维平面内导弹-目标的相对运动模型,给出了角度约束的数学描述形式,推导了两种带终端约束的制导律。鲁棒制导律:形式简单,制导信息易获取,在满足脱靶量要求和角约束的情况下对机动目标有很强的鲁棒性。有限时间收敛制导律:应用有限时间稳定理论证明了所设计制导律的稳定性和有限时间收敛性,该制导律能保证弹道末端提前成型,过载指令尽早收敛。其次,详细讨论了当前BTT自驾仪的三种协调转弯方法,并分析各自的优缺点。基于SISO设计方法对BTT自动驾驶仪的三通道进行了独立设计,再在偏航通道中引入协调支路,并做了数学仿真,仿真时人为地将各耦合项引入对比协调支路引入前后的控制效果。最后,三维空间内针对BTT滑翔弹制导过程中存在的双通道耦合问题,基于第三章制导律的设计结果给出了补偿运动耦合的BTT三维制导律,通过六自由度的全弹道数学仿真对所设计的制导律和自驾仪进行了性能验证。仿真结果表明,制导律既能保证了制导信息的完整,又能满足命中精度和终端约束的要求。
【关键词】:BTT 制导控制 终端约束 协调控制 三维制导律
【学位授予单位】:北京理工大学
【学位级别】:硕士
【学位授予年份】:2016
【分类号】:TJ410.2
【目录】:
  • 摘要5-6
  • Abstract6-11
  • 第1章 绪论11-19
  • 1.1 课题背景与研究意义11-12
  • 1.2 国外BTT制导武器的相关研究和发展概况12-13
  • 1.3 相关技术介绍13-17
  • 1.3.1 BTT制导武器的特点及分类13-14
  • 1.3.2 BTT制导弹药制导律的发展状况14-15
  • 1.3.3 BTT制导弹药控制律的发展状况15-17
  • 1.4 本文研究的主要内容、组织结构17-19
  • 第2章 制导弹药BTT控制系统建模分析19-29
  • 2.1 引言19
  • 2.2 BTT控制系统的组成19-21
  • 2.3 坐标系建立及相互转换21-23
  • 2.3.1 坐标系的建立和角度定义21-22
  • 2.3.2 坐标系相互转换22-23
  • 2.4 弹体六自由度模型建立23-27
  • 2.4.1 弹体质心运动和绕质心转动的数学模型23-25
  • 2.4.2 模型的线性化25-27
  • 2.5 制导指令生成控制指令27-28
  • 2.6 本章小结28-29
  • 第3章 二维平面带终端角约束的制导律设计29-47
  • 3.1 引言29-30
  • 3.2 弹目相对运动模型的建立30-31
  • 3.3 末端角约束描述31-32
  • 3.4 带终端角约束的鲁棒制导律设计32-39
  • 3.4.1 问题描述32
  • 3.4.2 系统的L2增益指标32-34
  • 3.4.3 鲁棒制导律设计34-37
  • 3.4.4 数值仿真与结果分析37-39
  • 3.5 带终端约束的有限时间收敛制导律设计39-46
  • 3.5.1 有限时间收敛相关概念39-41
  • 3.5.2 有限时间收敛制导律设计41-44
  • 3.5.3 数学仿真与结果分析44-46
  • 3.6 本章小结46-47
  • 第4章 BTT协调控制系统的设计47-63
  • 4.1 引言47
  • 4.2 BTT协调转弯控制方法讨论47-51
  • 4.2.1 侧滑角反馈的协调转弯48
  • 4.2.2 偏航角速度不变的协调转弯48-50
  • 4.2.3 侧向过载反馈的协调转弯50-51
  • 4.3 BTT自动驾驶仪设计要求51-52
  • 4.4 三通道自动驾驶仪独立设计52-58
  • 4.4.1 俯仰通道52-54
  • 4.4.2 偏航通道54-56
  • 4.4.3 滚转通道56-58
  • 4.5 协调控制分析及设计58-60
  • 4.6 协调控制自动驾驶仪仿真验证60-61
  • 4.7 本章小结61-63
  • 第5章 补偿运动耦合的BTT三维制导律设计及六自由度仿真63-73
  • 5.1 引言63
  • 5.2 三维非线性制导问题矢量描述63-65
  • 5.3 BTT三维制导律设计65-67
  • 5.4 制导信息的获取67-68
  • 5.5 六自由度仿真及分析68-71
  • 5.6 本章小结71-73
  • 第6章 结论73-75
  • 6.1 本文已完成的主要内容和研究成果73
  • 6.2 需要进一步研究的内容73-75
  • 参考文献75-78
  • 攻读学位期间发表论文与研究成果清单78-79
  • 致谢79

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