学位论文 > 优秀研究生学位论文题录展示

十字型鸭翼布局旋转弹控制研究

作　者: 李永亮
导　师: 龚华军
学　校: 南京航空航天大学
专　业: 导航、制导与控制
关键词: 旋转火箭弹周期平均控制力动力学建模前置反馈补偿解耦模糊PID控制
分类号: TJ765
类　型: 硕士论文
年　份: 2013年
下　载: 30次
引　用: 0次
阅　读: 论文下载

内容摘要

火箭弹是一种成本较低、结构简单的非制导弹药，可用于攻击军事工事、坦克、装甲车等静止或活动目标。火箭弹多采用旋转弹体方案，可以减小火箭发动机推力偏心、气动不对称、质量偏心等对弹道散布的影响，旋转产生的陀螺效应也可以稳定弹体飞行。通过旋转，火箭弹可以用一对鸭翼同时对纵、侧向运动进行操纵，即单通道控制。为提高控制精度和效率，可同时安装两对鸭翼实现双通道控制。但是，弹体旋转产生的耦合作用以及引起的其它效应，使得旋转导弹的飞行控制比非旋转导弹更为复杂。本文以十字型鸭翼布局的旋转火箭弹为研究对象，具体内容如下：首先，分析了十字鸭翼对火箭弹的周期平均控制力及其控制原理，研究了控制信号的形成和作用方式。通过旋转弹所受力和力矩分析，建立了旋转弹的外弹道数学模型，采用小扰动线性化得到了时变线性模型和传递函数。其次，根据飞行条件和指标要求，设计了鸭翼舵面形状及尺寸，根据铰链力矩和功率需求选择相应的电机，并对舵机系统进行建模和仿真，分析了线性电动舵机饱和特性对控制性能的影响。然后，分析了旋转弹耦合特性和耦合因素，设计了前置反馈补偿解耦控制律，对旋转弹存在的运动耦合、控制耦合进行了解耦，仿真实验表明，该控制器实现了过载回路解耦，为后续弹道修正控制律设计奠定了基础。最后，设计了旋转弹弹道修正纵侧向PID控制器，并通过模糊算法对PID控制参数进行了在线优化。全弹道数值仿真表明，所设计的控制器能满足旋转弹的控制精度要求。论文的研究工作对进一步工程化实现具有重要的参考意义。

全文目录

摘要  4-5
ABSTRACT  5-14
第一章绪论  14-20
  1.1 课题研究的背景及意义  14-15
  1.2 国内外研究现状  15-18
    1.2.1 国外旋转弹研究现状  15-16
    1.2.2 国内旋转弹研究现状  16-17
    1.2.3 旋转弹控制的关键问题  17-18
  1.3 论文的主要研究内容  18-20
第二章旋转弹动力学模型的建立  20-41
  2.1 坐标系定义及其转换关系  20-22
    2.1.1 坐标系定义  20-21
    2.1.2 各坐标系间的转换  21-22
  2.2 旋转弹十字鸭翼控制机理分析  22-27
    2.2.1 周期平均控制力的形成  22-25
    2.2.2 控制信号的形成  25-27
  2.3 旋转弹受力和力矩分析  27-30
    2.3.1 弹体受力分析  27-29
    2.3.2 弹体受力矩分析  29-30
  2.4 旋转弹运动学分析与建模  30-33
    2.4.1 旋转弹运动学分析  30-31
    2.4.2 旋转弹动力学分析  31-33
  2.5 旋转弹瞬态数学模型与均态数学模型的建立  33-37
    2.5.1 瞬态数学模型的建立  33-34
    2.5.2 均态数学模型的建立  34-35
    2.5.3 均态数学模型简化及弹体传递函数的求解  35-37
  2.6 弹体数学模型的数值仿真验证  37-40
  2.7 本章小结  40-41
第三章十字鸭翼旋转弹执行机构设计与仿真  41-52
  3.1 十字鸭翼舵面形状确定  41-44
    3.1.1 舵面外形选择  41-43
    3.1.2 舵面面积及各几何参数计算  43-44
  3.2 电动舵机设计  44-48
    3.2.1 电机参数确定  45-46
    3.2.2 舵机系统数学模型的建立  46-47
    3.2.3 舵机控制器设计  47-48
  3.3 电机速度饱和对控制系统的影响分析  48-51
  3.4 本章小结  51-52
第四章旋转弹过载解耦控制律设计与仿真  52-64
  4.1 系统耦合特性分析  52-53
  4.2 姿态解耦控制系统设计与仿真  53-58
    4.2.1 前置反馈补偿解耦方法分析  53-55
    4.2.2 姿态解耦控制律设计  55-58
  4.3 过载解耦控制系统设计与仿真  58-63
    4.3.1 过载解耦控制回路设计  58-60
    4.3.2 过载解耦控制律设计  60-63
  4.4 本章小结  63-64
第五章旋转弹弹道修正控制系统设计及仿真  64-78
  5.1 高度和航向控制系统结构设计  64-65
  5.2 高度回路 PID 控制器设计及参数整定  65-71
    5.2.1 高度回路 PID 控制器设计  65-69
    5.2.2 高度回路 PID 控制器参数优化  69-71
  5.3 高度回路模糊 PID 控制器设计  71-74
    5.3.1 输入输出变量模糊化  71-72
    5.3.2 隶属度函数  72
    5.3.3 模糊控制规则  72-74
    5.3.4 高度回路模糊 PID 控制器仿真分析  74
  5.4 全弹道仿真与分析  74-77
  5.5 本章小结  77-78
第六章总结与展望  78-80
  6.1 工作总结与创新之处  78
  6.2 研究展望和建议  78-80
参考文献  80-83
致谢  83-84
在学期间的研究成果及发表的学术论文  84

十字型鸭翼布局旋转弹控制研究

内容摘要

全文目录

相似论文