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带末端攻击角度约束的制导方法研究

吴鹏  
【摘要】: 随着现代战争中导弹技术的飞速发展,使用空地导弹进行攻击已经成为航空武器发展的重点。很多导弹在命中目标时,不仅希望获得最小脱靶量,还往往希望命中目标时导弹姿态最佳,以使战斗部发挥最大效能,取得最佳毁伤效果。而目前存在的大多制导律在要求限制导弹攻击角度等方面达不到作战要求,因此有必要对这种具有特殊任务要求的制导律进行研究,以满足各种不同要求的制导任务。在这一背景下,本文研究了带末端攻击角度约束的制导方法设计和制导控制一体化方法设计问题。 首先建立了在z-y-x转序下的导弹数学模型。定义了研究所需要的坐标系,并且给出了相应的在z-y-x转序下的坐标系转换关系;在此基础上给出了导弹的数学模型,其中包括导弹质心动力学模型、绕质心动力学模型、质心运动学模型和绕质心运动学模型,为后续的研究奠定了基础。 其次研究了带末端攻击角度约束的滑模制导方法。描述了带末端攻击角度约束的制导问题;基于滑模控制方法,针对固定目标和机动目标,给出对脱靶量和末端攻击角度同时约束的滑模制导律,同时给出了滑模制导律中角误差系数、趋近律系数和开关项系数的确定方法,并对所给出的制导律的制导效果进行了分析;进一步给出导弹与目标之间相对距离和目标加速度的估算方法。仿真结果验证了该制导方法的有效性。 然后研究了带末端攻击角度约束的反演制导方法。基于反演递推方法和李亚普诺夫稳定性定理,给出对脱靶量和末端攻击角度同时约束的反演制导律,并证明了所给出的制导律能够满足制导要求;进一步给出导弹剩余飞行时间的估算方法。仿真结果验证了该制导方法的有效性。 而后研究了带末端攻击角度约束的制导控制一体化设计方法。给出了在z-y-x转序下导弹在纵向平面和侧向平面内的制导控制一体化模型;通过非线性变换把该模型转换成适于滑模变结构控制方法设计的规范型;通过线性矩阵不等式给出了线性滑模面,并得到了到达控制律,即纵向平面一体化制导控制律和侧向平面一体化制导控制律;进一步证明了所给出的一体化制导控制律能够保证导弹命中目标的同时,使得导弹自身的状态保持稳定,并满足末端攻击角度约束的要求。仿真结果验证了该制导控制一体化控制方法的有效性。 本文的研究工作为研究带末端攻击角度约束的制导问题和制导控制一体化设计问题提供了解决方案,并且为相关问题的进一步研究奠定了基础。


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