遠(yuǎn)程防空導(dǎo)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(yīng)用中的幾點(diǎn)認(rèn)識(shí)3
1.2防空導(dǎo)彈控制技術(shù)發(fā)展6
1.3遠(yuǎn)程防空導(dǎo)彈飛行控制面臨的主要技術(shù)難點(diǎn)7
1.3.1跨空域跨速域自適應(yīng)控制7
1.3.2多操縱機(jī)構(gòu)復(fù)合控制7
1.3.3遠(yuǎn)程飛行彈道設(shè)計(jì)8
1.3.4遠(yuǎn)程防空多彈協(xié)同探測制導(dǎo)彈道規(guī)劃8
1.3.5變外形控制技術(shù)8
1.4本章小節(jié)9第2章準(zhǔn)備知識(shí)10
2.1引言10
2.2坐標(biāo)系及轉(zhuǎn)換關(guān)系10
2.2.1坐標(biāo)系定義10
2.2.2坐標(biāo)系轉(zhuǎn)換關(guān)系10
2.3導(dǎo)彈運(yùn)動(dòng)模型14
2.3.1導(dǎo)彈質(zhì)心運(yùn)動(dòng)的動(dòng)力學(xué)方程14
2.3.2導(dǎo)彈繞質(zhì)心轉(zhuǎn)動(dòng)的動(dòng)力學(xué)方程19
2.3.3導(dǎo)彈質(zhì)心運(yùn)動(dòng)的運(yùn)動(dòng)學(xué)方程21
2.3.4導(dǎo)彈繞質(zhì)心轉(zhuǎn)動(dòng)的運(yùn)動(dòng)學(xué)方程21
2.3.5導(dǎo)彈單通道姿態(tài)運(yùn)動(dòng)簡化模型23
2.4相平面控制理論簡介24
2.5滑模變結(jié)構(gòu)控制理論簡介26
2.5.1滑模變結(jié)構(gòu)控制系統(tǒng)的定義27
2.5.2滑模變結(jié)構(gòu)控制的到達(dá)條件27
2.5.3限制S·的趨近律法求取滑模變結(jié)構(gòu)控制27
2.5.4滑模變結(jié)構(gòu)控制系統(tǒng)的不變性和抖振問題28
2.6自適應(yīng)控制方法簡介29
2.6.1自適應(yīng)控制的發(fā)展情況29
2.6.2模型參考自適應(yīng)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(luò)的自適應(yīng)控制系統(tǒng)31
2.6.5基于模糊邏輯的自適應(yīng)控制31
2.6.6無模型自適應(yīng)控制32
2.6.7全系數(shù)自適應(yīng)控制32
2.6.8其他自適應(yīng)控制方法32
2.7本章小結(jié)32第3章防空導(dǎo)彈控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)一般性準(zhǔn)則33
3.1引言33
3.2穩(wěn)定控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)的一般性準(zhǔn)則33
3.2.1制導(dǎo)控制系統(tǒng)對(duì)穩(wěn)定回路指標(biāo)的一般要求34
3.2.2導(dǎo)彈操縱性及穩(wěn)定性選擇34
3.2.3導(dǎo)彈頻率規(guī)劃設(shè)計(jì)34
3.3穩(wěn)定控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)的一般要求36
3.3.1穩(wěn)定設(shè)計(jì)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(dǎo)段控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)37
3.4.1穩(wěn)定控制結(jié)構(gòu)選擇37
3.4.2設(shè)計(jì)思想38
3.5中制導(dǎo)段穩(wěn)定控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)41
3.5.1俯仰偏航回路穩(wěn)定系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖選擇41
3.5.2滾動(dòng)回路結(jié)構(gòu)圖的選擇42
3.5.3設(shè)計(jì)方法42
3.6氣動(dòng)力控制下姿態(tài)跟蹤古典控制律設(shè)計(jì)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(shè)計(jì)45
3.6.3滾動(dòng)穩(wěn)定古典控制律設(shè)計(jì)47
3.7利用正交試驗(yàn)考查系統(tǒng)魯棒性49
3.8本章小結(jié)49第4章擺動(dòng)噴管在遠(yuǎn)程防空導(dǎo)彈上的應(yīng)用50
4.1引言50
4.2擺動(dòng)噴管伺服系統(tǒng)的應(yīng)用與建模50
4.2.1擺動(dòng)噴管種類50
4.2.2伺服機(jī)構(gòu)種類52
4.2.3擺動(dòng)力矩計(jì)算方法54
4.2.4擺動(dòng)噴管伺服系統(tǒng)地面試驗(yàn)55
4.2.5擺動(dòng)噴管伺服系統(tǒng)建模56
4.3基于擺動(dòng)噴管控制的彈體彈性模型56
4.3.1彈性彈體動(dòng)力學(xué)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(dòng)噴管彈體穩(wěn)定控制的幾個(gè)問題58
4.4.1彈性振動(dòng)穩(wěn)定方法59
4.4.2伺服機(jī)構(gòu)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(dòng)噴管的彈體轉(zhuǎn)彎控制方法61
4.5.1攝動(dòng)制導(dǎo)轉(zhuǎn)彎61
4.5.2閉路制導(dǎo)轉(zhuǎn)彎62
4.6本章小結(jié)63第5章基于參數(shù)辨識(shí)的自適應(yīng)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(dǎo)彈控制系統(tǒng)氣動(dòng)參數(shù)在線辨識(shí)67
5.3.1氣動(dòng)控制導(dǎo)彈運(yùn)動(dòng)模型的線性化67
5.3.2氣動(dòng)力矩動(dòng)力系數(shù)估計(jì)模型及可觀性分析68
5.4彈性干擾信號(hào)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(shè)計(jì)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(jié)果75
5.4.4彈性頻率濾波器設(shè)計(jì)79
5.4.5彈性濾波器工程實(shí)現(xiàn)80
5.5引入角加速度計(jì)的彈體彈性信號(hào)在線估計(jì)方法82
5.5.1引入角加速度計(jì)的目的82
5.5.2引入角加速度計(jì)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(jì)系統(tǒng)的Kalman濾波器88
5.6基于氣動(dòng)特性已知的彈性信號(hào)頻率在線估計(jì)方法96
5.6.1氣動(dòng)力矩模型與彈體彈性變形模型96
5.6.2基于氣動(dòng)力矩模型的彈體彈性信號(hào)頻率估計(jì)系統(tǒng)可觀性分析96
5.6.3基于氣動(dòng)力矩模型的彈性信號(hào)頻率估計(jì)濾波器設(shè)計(jì)（UKF）97
5.6.4基于氣動(dòng)力矩模型的彈體彈性信號(hào)頻率估計(jì)仿真分析99
5.7基于彈性頻率和氣動(dòng)特性未知的聯(lián)合在線估計(jì)方法104
5.7.1彈性頻率和動(dòng)力系數(shù)聯(lián)合估計(jì)可觀性分析104
5.7.2彈性頻率和動(dòng)力系數(shù)聯(lián)合估計(jì)仿真分析106
5.8基于氣動(dòng)參數(shù)辨識(shí)的自適應(yīng)姿態(tài)控制律設(shè)計(jì)111
5.8.1俯仰通道氣動(dòng)參數(shù)實(shí)時(shí)估計(jì)濾波器及自適應(yīng)控制律111
5.8.2滾轉(zhuǎn)通道干擾實(shí)時(shí)估計(jì)濾波器和自適應(yīng)控制律114
5.8.3姿態(tài)自適應(yīng)控制系統(tǒng)仿真115
5.9本章小結(jié)120第6章稀薄大氣層直接側(cè)向力/氣動(dòng)力復(fù)合控制方法121
6.1引言121
6.2直接側(cè)向力/氣動(dòng)力復(fù)合控制導(dǎo)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(shè)計(jì)方法123
6.3.1姿控系統(tǒng)相平面控制器設(shè)計(jì)方法123
6.3.2姿控系統(tǒng)準(zhǔn)滑模控制器設(shè)計(jì)方法125
6.3.3姿控系統(tǒng)相平面控制與準(zhǔn)滑?？刂品抡嫜芯?26
6.3.4姿控系統(tǒng)切換控制設(shè)計(jì)方法研究130
6.4軌控式直接側(cè)向力/氣動(dòng)力復(fù)合控制方法研究138
6.4.1氣動(dòng)力控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)138
6.4.2軌控式直接側(cè)向力/氣動(dòng)力復(fù)合控制系統(tǒng)方案141
6.4.3基于滑模變結(jié)構(gòu)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(dòng)機(jī)開啟策略研究147
6.4.5軌控式直接側(cè)向力/氣動(dòng)力復(fù)合控制結(jié)果及分析151
6.4.6軌控式直接側(cè)向力/氣動(dòng)力復(fù)合控制系統(tǒng)穩(wěn)定性分析156
6.5基于軌控式直接側(cè)向力/氣動(dòng)力復(fù)合控制的導(dǎo)引方法研究169
6.5.1軌控式直接側(cè)向力/氣動(dòng)力復(fù)合控制導(dǎo)彈的制導(dǎo)控制過程169
6.5.2基于軌控式直接側(cè)向力/氣動(dòng)力復(fù)合控制的導(dǎo)引方案研究170
6.5.3導(dǎo)彈-目標(biāo)相對(duì)運(yùn)動(dòng)171
6.5.4修正的比例導(dǎo)引172
6.5.5變結(jié)構(gòu)導(dǎo)引173
6.5.6仿真研究及精度分析174
6.6本章小結(jié)181第7章直接力/氣動(dòng)力復(fù)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(dòng)力復(fù)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(fù)合控制系統(tǒng)靜穩(wěn)定點(diǎn)特性分析186
7.2.4復(fù)合控制系統(tǒng)靜不穩(wěn)定點(diǎn)特性分析189
7.2.5單獨(dú)直接力控制時(shí)的靜不穩(wěn)定點(diǎn)特性分析192
7.2.6對(duì)復(fù)合控制系統(tǒng)在靜不穩(wěn)定點(diǎn)特性的深入分析193
7.3脈沖發(fā)動(dòng)機(jī)“取整—飽和”硬非線性環(huán)節(jié)對(duì)復(fù)合控制系統(tǒng)的影響196
7.3.1脈沖發(fā)動(dòng)機(jī)“取整—飽和”硬非線性環(huán)節(jié)的數(shù)學(xué)描述196
7.3.2脈沖發(fā)動(dòng)機(jī)“取整—飽和”非線性特性對(duì)復(fù)合控制系統(tǒng)的影響分析198
7.3.3實(shí)例分析200
7.4脈沖發(fā)動(dòng)機(jī)離散動(dòng)態(tài)特性及“取整量化”誤差對(duì)復(fù)合控制系統(tǒng)的
穩(wěn)定性影響分析202
7.4.1脈沖發(fā)動(dòng)機(jī)離散動(dòng)態(tài)特性和“取整量化”誤差的數(shù)學(xué)描述202
7.4.2脈沖發(fā)動(dòng)機(jī)離散動(dòng)態(tài)特性及量化誤差對(duì)控制系統(tǒng)的穩(wěn)定性影響分析205
7.4.3實(shí)例分析211
7.5本章小結(jié)213第8章導(dǎo)彈多操縱機(jī)構(gòu)復(fù)合控制方法214
8.1引言214
8.2多維異構(gòu)復(fù)合控制動(dòng)力學(xué)模型214
8.2.1多維異構(gòu)導(dǎo)彈縱向通道模型214
8.2.2多維異構(gòu)導(dǎo)彈側(cè)向通道模型217
8.3采用開關(guān)式直接力的多維異構(gòu)復(fù)合控制律設(shè)計(jì)219
8.3.1多維異構(gòu)導(dǎo)彈舵偏角最優(yōu)控制律219
8.3.2多維異構(gòu)導(dǎo)彈直接力滑模控制律220
8.3.3仿真驗(yàn)證223
8.4采用脈沖式直接力的多維異構(gòu)導(dǎo)彈復(fù)合控制律設(shè)計(jì)226
8.4.1采用脈沖式直接力多維異構(gòu)導(dǎo)彈復(fù)合控制律226
8.4.2仿真驗(yàn)證230
8.5本章小結(jié)233第9章淺談變外形控制技術(shù)235
9.1引言235
9.2變外形應(yīng)用模式235
9.2.1變外形在飛機(jī)上的應(yīng)用235
9.2.2變外形在導(dǎo)彈上的應(yīng)用237
9.3變后掠翼飛行控制器設(shè)計(jì)思路238
9.3.1基于自適應(yīng)滑模的控制器設(shè)計(jì)思路238
9.3.2變外形與飛行協(xié)調(diào)控制思路240
9.4變外形技術(shù)在遠(yuǎn)程防空導(dǎo)彈上的應(yīng)用241
９.5本章小結(jié)242第10章基于能量約束的初中制導(dǎo)方法243
10.1引言243
10.2初始轉(zhuǎn)彎最優(yōu)制導(dǎo)律研究243
10.2.1導(dǎo)彈到預(yù)測位置點(diǎn)的縱向相對(duì)運(yùn)動(dòng)模型244
10.2.2基于導(dǎo)彈預(yù)測位置點(diǎn)的最優(yōu)制導(dǎo)律245
10.2.3控制量權(quán)重系數(shù)自適應(yīng)時(shí)變的最優(yōu)制導(dǎo)律248
10.3中制導(dǎo)段最優(yōu)制導(dǎo)律研究253
10.3.1建立相對(duì)參考線的運(yùn)動(dòng)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(dǎo)律257
10.3.4仿真比較260
10.4本章小結(jié)262第11章遠(yuǎn)程防空導(dǎo)彈滑躍彈道設(shè)計(jì)方法 263
11.1概述263
11.2遠(yuǎn)程防空導(dǎo)彈滑躍彈道特性及設(shè)計(jì)要素263
11.2.1桑格爾彈道264
11.2.2錢學(xué)森彈道264
11.2.3遠(yuǎn)程防空滑躍彈道264
11.3遠(yuǎn)程防空滑躍彈道設(shè)計(jì)方法265
11.3.1理論彈道計(jì)算265
11.3.2滑躍起始點(diǎn)控制271
11.3.3滑躍控制律設(shè)計(jì)272
11.3.4滑躍終止點(diǎn)控制273
11.4小結(jié)273第12章中制導(dǎo)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(yù)測的縱平面中制導(dǎo)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(dǎo)末段協(xié)同彈道約束275
12.2.3 基于改進(jìn)粒子群的協(xié)同參數(shù)優(yōu)化277
12.2.4中制導(dǎo)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(dǎo)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(dǎo)末段協(xié)同彈道約束及指標(biāo)函數(shù)285
12.3.2 三維中制導(dǎo)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(dǎo)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(jié)290參考文獻(xiàn)291