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弹性体导弹振动主动控制研究

高强  
【摘要】: 随着对现代导弹速度和射程等性能要求的提高,导弹设计倾向于增加导弹长度,同时为提高有效载荷而减小结构质量,致使导弹具有较大的长径比,使得导弹表现出较为明显的弹性特征。对于大长径比导弹,如果仍然根据传统刚体动力学理论进行设计,弹性弯曲振动作为未建模动态,对控制系统性能的影响会相当显著,如导致弹载仪器工作精度下降、控制系统精度降低,影响导弹的发射特性、飞行特性等技术战术性能,严重时甚至直接导致弹体的损毁。可见,弹体的弹性振动,给整个导弹系统带来的不利影响是不容忽视的。因此,对弹性体导弹进行振动控制研究便具有了重要的理论价值和实际应用意义。从文献调研情况来看,目前国内外已有的关于弹性体导弹的研究工作,主要是基于弹性振动进行性能分析,或针对振动改进系统的稳定性设计等等,尚未发现关于弹性体导弹振动主动控制问题的研究。 本文首先利用动力学理论,以简单梁来模拟弹性体导弹,运用有限元方法建立了弹性体导弹的简单梁振动模型,然后对该模型进行仿真,分析了长径比与弹性特性的关系。然后,在导弹刚体运动方程组和扰动运动方程组的基础上,通过分析弹性体导弹刚体运动和弹性变形间的耦合关系,推导出弹性变形引起的气动力增量和气动力矩增量的表达式,从而得出弹性体导弹的运动方程和振动方程,进而得到弹性体导弹的状态空间模型。 本文尝试运用附加作动力进行主动减振,提出了弹性体导弹主动减振组合控制方案。针对解耦的刚性子系统设计H∞控制器模拟弹性体导弹的刚体控制器,针对弹性子系统设计LQR控制器,再基于耦合关系对H∞控制器和LQR控制器进行组合,得到主动减振组合控制器。 仿真结果表明,组合控制器在实现姿态控制的同时,显著减小了弹体的弹性振动。


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