遠程防空導彈飛行控制方法研究

目錄
第1章緒論1
1.1控制理論及思想的某種追溯1
1.1.1控制論由來1
1.1.2控制理論方法在工程應用中的幾點認識3
1.2防空導彈控制技術發(fā)展6
1.3遠程防空導彈飛行控制面臨的主要技術難點7
1.3.1跨空域跨速域自適應控制7
1.3.2多操縱機構復合控制7
1.3.3遠程飛行彈道設計8
1.3.4遠程防空多彈協(xié)同探測制導彈道規(guī)劃8
1.3.5變外形控制技術8
1.4本章小節(jié)9第2章準備知識10
2.1引言10
2.2坐標系及轉換關系10
2.2.1坐標系定義10
2.2.2坐標系轉換關系10
2.3導彈運動模型14
2.3.1導彈質心運動的動力學方程14
2.3.2導彈繞質心轉動的動力學方程19
2.3.3導彈質心運動的運動學方程21
2.3.4導彈繞質心轉動的運動學方程21
2.3.5導彈單通道姿態(tài)運動簡化模型23
2.4相平面控制理論簡介24
2.5滑模變結構控制理論簡介26
2.5.1滑模變結構控制系統(tǒng)的定義27
2.5.2滑模變結構控制的到達條件27
2.5.3限制S·的趨近律法求取滑模變結構控制27
2.5.4滑模變結構控制系統(tǒng)的不變性和抖振問題28
2.6自適應控制方法簡介29
2.6.1自適應控制的發(fā)展情況29
2.6.2模型參考自適應控制系統(tǒng)30
2.6.3自校正控制系統(tǒng)31
2.6.4基于神經(jīng)網(wǎng)絡的自適應控制系統(tǒng)31
2.6.5基于模糊邏輯的自適應控制31
2.6.6無模型自適應控制32
2.6.7全系數(shù)自適應控制32
2.6.8其他自適應控制方法32
2.7本章小結32第3章防空導彈控制系統(tǒng)設計一般性準則33
3.1引言33
3.2穩(wěn)定控制系統(tǒng)設計的一般性準則33
3.2.1制導控制系統(tǒng)對穩(wěn)定回路指標的一般要求34
3.2.2導彈操縱性及穩(wěn)定性選擇34
3.2.3導彈頻率規(guī)劃設計34
3.3穩(wěn)定控制系統(tǒng)設計的一般要求36
3.3.1穩(wěn)定設計一般方法36
3.3.2阻尼控制回路36
3.3.3過載控制回路37
3.4初制導段控制系統(tǒng)設計37
3.4.1穩(wěn)定控制結構選擇37
3.4.2設計思想38
3.5中制導段穩(wěn)定控制系統(tǒng)設計41
3.5.1俯仰偏航回路穩(wěn)定系統(tǒng)結構圖選擇41
3.5.2滾動回路結構圖的選擇42
3.5.3設計方法42
3.6氣動力控制下姿態(tài)跟蹤古典控制律設計44
3.6.1三通道解耦控制系統(tǒng)模型44
3.6.2俯偏通道姿態(tài)跟蹤古典控制律設計45
3.6.3滾動穩(wěn)定古典控制律設計47
3.7利用正交試驗考查系統(tǒng)魯棒性49
3.8本章小結49第4章擺動噴管在遠程防空導彈上的應用50
4.1引言50
4.2擺動噴管伺服系統(tǒng)的應用與建模50
4.2.1擺動噴管種類50
4.2.2伺服機構種類52
4.2.3擺動力矩計算方法54
4.2.4擺動噴管伺服系統(tǒng)地面試驗55
4.2.5擺動噴管伺服系統(tǒng)建模56
4.3基于擺動噴管控制的彈體彈性模型56
4.3.1彈性彈體動力學方程一般描述56
4.3.2作用在彈體上的廣義力57
4.3.3彈性彈體模型57
4.4基于擺動噴管彈體穩(wěn)定控制的幾個問題58
4.4.1彈性振動穩(wěn)定方法59
4.4.2伺服機構安裝方式帶來的控制影響60
4.4.3擺角指令限幅處理60
4.5基于擺動噴管的彈體轉彎控制方法61
4.5.1攝動制導轉彎61
4.5.2閉路制導轉彎62
4.6本章小結63第5章基于參數(shù)辨識的自適應控制方法64
5.1引言64
5.2非線性系統(tǒng)可觀性分析理論64
5.3導彈控制系統(tǒng)氣動參數(shù)在線辨識67
5.3.1氣動控制導彈運動模型的線性化67
5.3.2氣動力矩動力系數(shù)估計模型及可觀性分析68
5.4彈性干擾信號的測頻及濾波73
5.4.1FFT和CZT聯(lián)合測頻算法的用途和基本設計思路73
5.4.2FFT和CZT聯(lián)合測頻算法原理74
5.4.3FFT和CZT聯(lián)合測頻算法仿真結果75
5.4.4彈性頻率濾波器設計79
5.4.5彈性濾波器工程實現(xiàn)80
5.5引入角加速度計的彈體彈性信號在線估計方法82
5.5.1引入角加速度計的目的82
5.5.2引入角加速度計的系統(tǒng)狀態(tài)模型和可觀性分析82
5.5.3引入角加速度計系統(tǒng)的Kalman濾波器88
5.6基于氣動特性已知的彈性信號頻率在線估計方法96
5.6.1氣動力矩模型與彈體彈性變形模型96
5.6.2基于氣動力矩模型的彈體彈性信號頻率估計系統(tǒng)可觀性分析96
5.6.3基于氣動力矩模型的彈性信號頻率估計濾波器設計（UKF）97
5.6.4基于氣動力矩模型的彈體彈性信號頻率估計仿真分析99
5.7基于彈性頻率和氣動特性未知的聯(lián)合在線估計方法104
5.7.1彈性頻率和動力系數(shù)聯(lián)合估計可觀性分析104
5.7.2彈性頻率和動力系數(shù)聯(lián)合估計仿真分析106
5.8基于氣動參數(shù)辨識的自適應姿態(tài)控制律設計111
5.8.1俯仰通道氣動參數(shù)實時估計濾波器及自適應控制律111
5.8.2滾轉通道干擾實時估計濾波器和自適應控制律114
5.8.3姿態(tài)自適應控制系統(tǒng)仿真115
5.9本章小結120第6章稀薄大氣層直接側向力/氣動力復合控制方法121
6.1引言121
6.2直接側向力/氣動力復合控制導彈概述121
6.2.1姿控方式121
6.2.2軌控方式122
6.2.3姿軌控方式122
6.3稀薄大氣層攔截器姿控系統(tǒng)設計方法123
6.3.1姿控系統(tǒng)相平面控制器設計方法123
6.3.2姿控系統(tǒng)準滑?？刂破髟O計方法125
6.3.3姿控系統(tǒng)相平面控制與準滑?？刂品抡嫜芯?26
6.3.4姿控系統(tǒng)切換控制設計方法研究130
6.4軌控式直接側向力/氣動力復合控制方法研究138
6.4.1氣動力控制系統(tǒng)設計138
6.4.2軌控式直接側向力/氣動力復合控制系統(tǒng)方案141
6.4.3基于滑模變結構的攻角抗干擾控制方法142
6.4.4基于推力分檔的軌控發(fā)動機開啟策略研究147
6.4.5軌控式直接側向力/氣動力復合控制結果及分析151
6.4.6軌控式直接側向力/氣動力復合控制系統(tǒng)穩(wěn)定性分析156
6.5基于軌控式直接側向力/氣動力復合控制的導引方法研究169
6.5.1軌控式直接側向力/氣動力復合控制導彈的制導控制過程169
6.5.2基于軌控式直接側向力/氣動力復合控制的導引方案研究170
6.5.3導彈-目標相對運動171
6.5.4修正的比例導引172
6.5.5變結構導引173
6.5.6仿真研究及精度分析174
6.6本章小結181第7章直接力/氣動力復合控制系統(tǒng)穩(wěn)定性分析方法183
7.1引言183
7.2基于經(jīng)典控制理論的直接力/氣動力復合控制穩(wěn)定性分析183
7.2.1靜穩(wěn)定彈體傳遞函數(shù)184
7.2.2靜不穩(wěn)定彈體傳遞函數(shù)185
7.2.3復合控制系統(tǒng)靜穩(wěn)定點特性分析186
7.2.4復合控制系統(tǒng)靜不穩(wěn)定點特性分析189
7.2.5單獨直接力控制時的靜不穩(wěn)定點特性分析192
7.2.6對復合控制系統(tǒng)在靜不穩(wěn)定點特性的深入分析193
7.3脈沖發(fā)動機“取整—飽和”硬非線性環(huán)節(jié)對復合控制系統(tǒng)的影響196
7.3.1脈沖發(fā)動機“取整—飽和”硬非線性環(huán)節(jié)的數(shù)學描述196
7.3.2脈沖發(fā)動機“取整—飽和”非線性特性對復合控制系統(tǒng)的影響分析198
7.3.3實例分析200
7.4脈沖發(fā)動機離散動態(tài)特性及“取整量化”誤差對復合控制系統(tǒng)的
穩(wěn)定性影響分析202
7.4.1脈沖發(fā)動機離散動態(tài)特性和“取整量化”誤差的數(shù)學描述202
7.4.2脈沖發(fā)動機離散動態(tài)特性及量化誤差對控制系統(tǒng)的穩(wěn)定性影響分析205
7.4.3實例分析211
7.5本章小結213第8章導彈多操縱機構復合控制方法214
8.1引言214
8.2多維異構復合控制動力學模型214
8.2.1多維異構導彈縱向通道模型214
8.2.2多維異構導彈側向通道模型217
8.3采用開關式直接力的多維異構復合控制律設計219
8.3.1多維異構導彈舵偏角最優(yōu)控制律219
8.3.2多維異構導彈直接力滑?？刂坡?20
8.3.3仿真驗證223
8.4采用脈沖式直接力的多維異構導彈復合控制律設計226
8.4.1采用脈沖式直接力多維異構導彈復合控制律226
8.4.2仿真驗證230
8.5本章小結233第9章淺談變外形控制技術235
9.1引言235
9.2變外形應用模式235
9.2.1變外形在飛機上的應用235
9.2.2變外形在導彈上的應用237
9.3變后掠翼飛行控制器設計思路238
9.3.1基于自適應滑模的控制器設計思路238
9.3.2變外形與飛行協(xié)調控制思路240
9.4變外形技術在遠程防空導彈上的應用241
９.5本章小結242第10章基于能量約束的初中制導方法243
10.1引言243
10.2初始轉彎最優(yōu)制導律研究243
10.2.1導彈到預測位置點的縱向相對運動模型244
10.2.2基于導彈預測位置點的最優(yōu)制導律245
10.2.3控制量權重系數(shù)自適應時變的最優(yōu)制導律248
10.3中制導段最優(yōu)制導律研究253
10.3.1建立相對參考線的運動模型253
10.3.2體現(xiàn)末值約束的線性系統(tǒng)最優(yōu)問題解算方法255
10.3.3攔截彈多約束能量最優(yōu)制導律257
10.3.4仿真比較260
10.4本章小結262第11章遠程防空導彈滑躍彈道設計方法 263
11.1概述263
11.2遠程防空導彈滑躍彈道特性及設計要素263
11.2.1桑格爾彈道264
11.2.2錢學森彈道264
11.2.3遠程防空滑躍彈道264
11.3遠程防空滑躍彈道設計方法265
11.3.1理論彈道計算265
11.3.2滑躍起始點控制271
11.3.3滑躍控制律設計272
11.3.4滑躍終止點控制273
11.4小結273第12章中制導末段多約束多彈協(xié)同彈道規(guī)劃方法274
12.1概述274
12.2基于速度預測的縱平面中制導末段多彈協(xié)同規(guī)劃方法274
12.2.1考慮攻角及馬赫數(shù)變化的阻力系數(shù)模型274
12.2.2中制導末段協(xié)同彈道約束275
12.2.3 基于改進粒子群的協(xié)同參數(shù)優(yōu)化277
12.2.4中制導末段協(xié)同彈道規(guī)劃算法279
12.2.5仿真分析279
12.3中制導末段多彈協(xié)同三維彈道規(guī)劃方法285
12.3.1三維中制導末段協(xié)同彈道約束及指標函數(shù)285
12.3.2 三維中制導末段協(xié)同彈道規(guī)劃子過程劃分及簡化模型286
12.3.3 基于高斯偽譜法的中制導末段協(xié)同三維彈道規(guī)劃方法286
12.3.4仿真分析287
12.4小結290參考文獻291