导弹复合控制系统的有限时间切换控制研究

来源 :哈尔滨工程大学 | 被引量 : 0次 | 上传用户:Tengshuo
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对机动式战术弹道导弹及其它高速大机动空袭飞行目标的防御拦截是当前世界防空导弹系统发展的一个重要方向,要求拦截弹需具备更加精确快速的控制能力,以实现对目标的直接碰撞杀伤。采用直/气复合控制可以显著提高拦截弹控制系统的响应速度,从而确保在高空对高速大机动目标的精确拦截。直/气复合控制拦截弹是典型的多执行器切换控制系统,结合要求拦截弹在有限时间内拦截目标这一特点,研究新型制导控制系统设计方法具有重要的理论意义和实际工程价值。论文以具有姿控式直接侧向力的拦截弹为研究对象,针对复合控制问题进行研究。根据姿控脉冲发动机的配置给出了姿控脉冲发动机推力及推力力矩的数学描述,在此基础上建立了直/气复合控制拦截弹运动学和动力学模型,并简要对拦截弹直接侧向力、气动力两种不同控制方式下的特性进行了对比分析,指出了影响各自性能的因素。针对单纯气动力控制方式下,基于经典控制理论设计了双回路导弹过载跟踪控制系统,并提出了一种针对单纯气动力控制系统设计两个具有不同增益的可进行切换的控制器组的导弹过载跟踪控制方案,通过仿真进行了对比分析。然后针对复合控制系统,基于切换系统控制理论把导弹直接力和气动力当作两个子系统,采用线性离散切换系统分析与综合方法对导弹复合控制系统进行了切换控制器设计,通过以求解线性矩阵不等式的方式来获得系统的状态反馈控制增益,并对设计结果进行了仿真验证。以拦截弹俯仰通道为研究对象,研究了导弹复合控制系统的有限时间切换控制系统设计与实现方法。将脉冲发动机的瞬时冲量对导弹质心的影响视为外部扰动,基于快速终端滑模控制设计方法,设计了能够保证跟踪误差在有限时间内收敛到零且动态性能良好的有限时间收敛控制器,根据直接力的离散切换特性与气动力的连续特性,基于边界层技术讨论了导弹复合控制系统切换控制策略。考虑末制导过程中拦截弹可用过载的约束和末制导终端时刻脱靶量的约束问题,研究了导弹直/气复合控制有限时间制导律的设计方法。将前文所设计的导弹复合控制系统等效为一阶惯性环节,将其嵌入到弹目相对运动的时变参数制导模型中,把目标机动视为外部扰动输入,利用加权矩阵函数描述制导系统的约束条件,基于有限时间稳定理论设计了抗加速度饱和的制导律。通过与比例导引对比仿真验证,说明了本文提出的有限时间抗加速度饱和制导律设计方法的有效性与可行性。
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