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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。


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