末制導(dǎo)與控制是再入飛行器提高打擊精度的重要手段。經(jīng)過長(zhǎng)時(shí)間飛行后，飛行器攜帶的慣性測(cè)量裝置積累了較大的誤差，需要融合末制導(dǎo)測(cè)量信息和慣性器件信息，修正飛行器位置、姿態(tài)觀測(cè)誤差，以得到更為準(zhǔn)確的飛行器運(yùn)動(dòng)狀態(tài)。對(duì)于變化的預(yù)測(cè)目標(biāo)點(diǎn)，如果按照標(biāo)準(zhǔn)彈道飛行，勢(shì)必帶來較大落點(diǎn)偏差，必須根據(jù)相對(duì)位置和相對(duì)速度來實(shí)時(shí)生成制導(dǎo)指令。本文以再入飛行器為研究對(duì)象，重點(diǎn)研究了末制導(dǎo)與控制技術(shù)，主要研究成果如下： 提出了運(yùn)用偽逆和四元數(shù)求解歐拉姿態(tài)角速率的方法，得到了奇異情況下歐拉角速率的解。運(yùn)用最優(yōu)導(dǎo)引律研究了彈道傾角、彈道偏角與視線高低角、方位角之間的關(guān)系，設(shè)計(jì)了需用攻角、側(cè)滑角制導(dǎo)指令。提出了一種依賴相對(duì)視線信息求解轉(zhuǎn)換矩陣的新方法，實(shí)現(xiàn)了從攻角、側(cè)滑角制導(dǎo)指令到歐拉姿態(tài)角指令的轉(zhuǎn)換。提出了一種滾轉(zhuǎn)通道控制量為零的新制導(dǎo)指令組合。 提出了考慮相對(duì)位置和相對(duì)速度間夾角信息的剩余時(shí)間估算方法。運(yùn)用最優(yōu)控制理論得到了最優(yōu)加速度矢量作用下末端脫靶量的表達(dá)式，建立了末端脫靶量與零控脫靶量之間的關(guān)系。在最近接近點(diǎn)和直接碰撞路徑兩種攔截場(chǎng)景下，得到了新的剩余飛行時(shí)間的閉式解。當(dāng)夾角較大時(shí)，剩余飛行時(shí)間估計(jì)...

【文章頁數(shù)】：158 頁

【學(xué)位級(jí)別】：博士

【文章目錄】：
摘要
Abstract
第一章 緒論
    1.1 研究背景及意義
    1.2 國(guó)內(nèi)外研究現(xiàn)狀
        1.2.1 末制導(dǎo)與控制技術(shù)及其應(yīng)用
        1.2.2 再入末制導(dǎo)指令生成
        1.2.3 末端攻擊角度約束的制導(dǎo)律研究
        1.2.4 SDRE 姿態(tài)控制器設(shè)計(jì)
        1.2.5 執(zhí)行機(jī)構(gòu)控制分配與預(yù)測(cè)控制研究
        1.2.6 制導(dǎo)控制系統(tǒng)半實(shí)物仿真
    1.3 論文研究?jī)?nèi)容與組織結(jié)構(gòu)
第二章 再入飛行器運(yùn)動(dòng)模型及制導(dǎo)指令生成
    2.1 引言
    2.2 常用坐標(biāo)系定義與轉(zhuǎn)換
        2.2.1 坐標(biāo)系定義
        2.2.2 坐標(biāo)系之間的轉(zhuǎn)換關(guān)系
        2.2.3 運(yùn)動(dòng)微分方程
    2.3 求解姿態(tài)角速率的偽逆和四元數(shù)方法研究
        2.3.1 姿態(tài)運(yùn)動(dòng)方程
        2.3.2 應(yīng)用四元數(shù)導(dǎo)數(shù)偽逆運(yùn)算求解歐拉角速率
        2.3.3 數(shù)值算例
    2.4 再入飛行器攻角、側(cè)滑角制導(dǎo)指令
        2.4.1 彈道傾角與彈道偏角計(jì)算公式
        2.4.2 最優(yōu)導(dǎo)引方程
        2.4.3 最優(yōu)導(dǎo)引律對(duì)應(yīng)的攻角指令、側(cè)滑角指令計(jì)算
    2.5 從攻角/側(cè)滑角指令到歐拉姿態(tài)角指令的轉(zhuǎn)換策略
        2.5.1 經(jīng)典轉(zhuǎn)換策略
        2.5.2 基于視線的姿態(tài)角指令求解策略
        2.5.3 姿態(tài)角指令求解策略正確性
    2.6 滾轉(zhuǎn)通道控制量為零的制導(dǎo)指令組合
        2.6.1 新的四元數(shù)姿態(tài)指令
        2.6.2 四元數(shù)姿態(tài)誤差
        2.6.3 新姿態(tài)指令組合下的控制效果
    2.7 小結(jié)
第三章 基于零控脫靶量的剩余飛行時(shí)間估算
    3.1 引言
    3.2 末端交會(huì)情況下的脫靶量
        3.2.1 攔截交會(huì)模型
        3.2.2 脫靶量
        3.2.3 零控脫靶量(ZEM)
    3.3 最優(yōu)控制理論下的飛行器加速度和脫靶量
    3.4 一種新的剩余飛行時(shí)間估算方法
        3.4.1 剩余飛行時(shí)間近似估算
        3.4.2 應(yīng)用最近接近點(diǎn)法(PCA)的剩余飛行時(shí)間估計(jì)
        3.4.3 應(yīng)用直接碰撞路徑法(SCP)的剩余飛行時(shí)間估計(jì)
        3.4.4 算例
    3.5 小結(jié)
第四章 末端攻擊角度約束的制導(dǎo)方法研究
    4.1 引言
    4.2 末端攻擊角度約束的自適應(yīng)比例導(dǎo)引律
        4.2.1 導(dǎo)引方程
        4.2.2 基于彈道方程的比例導(dǎo)引律
        4.2.3 導(dǎo)引參數(shù)選擇
        4.2.4 基于飛行位置的俯沖轉(zhuǎn)彎平面導(dǎo)引參數(shù)自適應(yīng)更新
    4.3 末端攻擊角度約束的滑模變結(jié)構(gòu)制導(dǎo)律
        4.3.1 變結(jié)構(gòu)控制理論
        4.3.2 俯沖平面內(nèi)的制導(dǎo)律設(shè)計(jì)
        4.3.3 轉(zhuǎn)彎平面內(nèi)的制導(dǎo)律設(shè)計(jì)
    4.4 三種導(dǎo)引律的對(duì)比
        4.4.1 末端角度、速度和落點(diǎn)偏差控制效果對(duì)比
        4.4.2 姿態(tài)跟蹤效果和舵偏角幅度對(duì)比
    4.5 小結(jié)
第五章 基于 SDRE 方法的再入飛行器姿態(tài)控制器設(shè)計(jì)
    5.1 引言
    5.2 基于狀態(tài)相關(guān) Riccati 方程的非線性控制器設(shè)計(jì)方法
        5.2.1 問題描述
        5.2.2 SDRE 控制器
    5.3 SDRE 在線解算方法
        5.3.1 基本定義
        5.3.2 SDRE 在線解算方法分類
    5.4 應(yīng)用 SDRE 方法的再入飛行器姿態(tài)控制器設(shè)計(jì)
        5.4.1 俯仰通道控制器設(shè)計(jì)
        5.4.2 側(cè)向通道控制器設(shè)計(jì)
    5.5 算例
    5.6 小結(jié)
第六章 考慮伺服特性的舵機(jī)連續(xù)預(yù)測(cè)控制研究
    6.1 引言
    6.2 非線性舵機(jī)對(duì)姿態(tài)控制的影響
        6.2.1 舵指令分配
        6.2.2 舵機(jī)環(huán)節(jié)對(duì)姿態(tài)控制的影響
    6.3 連續(xù)預(yù)測(cè)控制(CGPC)數(shù)學(xué)描述
        6.3.1 CGPC 基本算法
        6.3.2 參數(shù)設(shè)定
    6.4 舵機(jī)約束連續(xù)預(yù)測(cè)控制算法
        6.4.1 輸入約束
        6.4.2 輸出約束
        6.4.3 標(biāo)準(zhǔn)二次規(guī)劃問題求解方法
        6.4.4 仿真算例
    6.5 小結(jié)
第七章 基于 dSPACE 的再入飛行器控制系統(tǒng)半實(shí)物仿真
    7.1 引言
    7.2 基于 dSPACE 仿真機(jī)的舵機(jī)快速測(cè)試與模型辨識(shí)
        7.2.1 dSPACE 仿真環(huán)境
        7.2.2 舵機(jī)測(cè)試系統(tǒng)構(gòu)成與關(guān)鍵技術(shù)
        7.2.3 舵機(jī)模型辨識(shí)
    7.3 基于 dSPACE 的半實(shí)物仿真系統(tǒng)設(shè)計(jì)
        7.3.1 飛行器姿態(tài)模擬
        7.3.2 飛控計(jì)算機(jī)設(shè)計(jì)
        7.3.3 執(zhí)行機(jī)構(gòu)反饋信號(hào)采集
        7.3.4 六自由度彈道 Simulink 模型搭建
        7.3.5 接口測(cè)試及仿真結(jié)果分析
    7.4 基于 dSPACE 的再入飛行器制導(dǎo)控制半實(shí)物仿真
    7.5 小結(jié)
結(jié)束語
    論文主要研究成果及創(chuàng)新
    論文創(chuàng)新點(diǎn)
    進(jìn)一步研究建議
致謝
參考文獻(xiàn)
作者在學(xué)期間取得的學(xué)術(shù)成果



本文編號(hào)：4056993