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运用倾斜转弯(Bank-to-Turn,简称BTT)控制技术设计的导弹在截击目标的过程中,滚动通道指令能够控制导弹的最大升力面快速地转到理想的机动方向,气动效率大大提高,导弹末速度明显增大,缩短了作战时间,提高了法向过载,扩大了作战空间。除了在机动性方面的优势外,采用BTT控制技术的战术导弹在稳定性、升阻比特性和与先进的冲压发动机进气口设计要求的兼容性等方面,也均比现役的侧滑转弯(Skid-to-Turn,简称STT)导弹有显著的提高,因而对BTT导弹的研究成为一段时间来国内外的热门研究课题。
本文基于工程实际需求,以导弹为研究对象,根据其运动学和动力学特性,建立了导弹的数学模型,分析了各通道间的耦合作用,在此基础上分别用经典控制理论和鲁棒H∞状态反馈控制理论设计了BTT导弹自动驾驶仪,最后进行了六自由度全弹道仿真,以验证所设计的自动驾驶仪的有效性。主要包括以下内容。
首先,基于小扰动线性化方法线性化后的导弹模型,忽略各通道间的耦合,运用经典控制理论,对各通道单独设计。再引入协调解耦抑制三通道间的耦合作用,设计的自动驾驶仪基本上实现了BTT控制。其次,同样基于小扰动线性化方法线性化后的导弹模型,写出其状态空间方程,将各通道间的耦合视作干扰,运用鲁棒H∞状态反馈控制设计各通道控制器,设计的自动驾驶仪满足一定的控制性能和鲁棒性能。最后,为了验证上述两种基于简单化模型设计的自动驾驶仪能否按设计目标控制导弹稳定、准确地飞行,进一步进行了全弹道6DOF数学仿真,并对基于这两种控制方法设计的BTT导弹自动驾驶仪的性能进行了比较。
仿真结果表明,基于经典控制理论和鲁棒H∞状态反馈控制理论设计的BTT导弹自动驾驶仪都有较好的控制效果,但基于鲁棒H∞状态反馈控制理论设计的自动驾驶仪具有更好的控制性能和鲁棒性能。本文的研究为BTT导弹的工程应用提供了参考。