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全弹道空空导弹μ综合控制器研究

作　者: 鲁启东
导　师: 陈欣
学　校: 南京航空航天大学
专　业: 控制理论与控制工程
关键词: 全弹道 μ综合控制器鲁棒控制粒子群优化增益调度
分类号: TJ765
类　型: 硕士论文
年　份: 2013年
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内容摘要

日益复杂的战场环境对空空导弹控制器设计提出更高要求，导弹控制器必须在导弹飞行的全弹道内保持鲁棒性。经典导弹控制器设计方法已经越来越不能满足这个要求，而鲁棒μ综合方法可以在设计过程中融入被控对象的不确定性，并具有将系统的鲁棒稳定性和鲁棒性能同时分析的优势，成为解决新一代空空导弹控制器设计的新手段。首先，建立了样例空空导弹从有动力飞行到无动力飞行的数学模型；在性能分析的基础上对各种不确定性进行分析计算，对多个线性化工作点使用μ综合方法设计俯仰/偏航和滚转通道的μ综合控制器，并采用鲁棒μ分析的手段对控制器进行鲁棒性验证。其次，针对μ综合控制器设计中性能权函数参数设计困难，采用粒子群优化算法对性能权函数进行自动寻优设计；针对寻优设计中过早收敛而不能达到最优解的问题，提出两种改进的粒子群优化算法；测试函数和仿真试验结果表明，改进后的算法具有更高的效率和更好的寻优能力。再次，为了在全弹道内保持控制器的优良性能，采用混合调节方法和D调度方法设计并实现了μ综合控制器之间的增益调度，通过对不同方法优缺点和仿真结果的对比，验证混合调节方法更适合全弹道空空导弹控制器。最后，对本文所设计的μ综合控制器进行了全弹道半物理实时飞行仿真试验验证，分别从定点线性仿真和全弹道非线性仿真的角度，验证了所设计控制律和增益调度策略的正确性、有效性和实时性，为将鲁棒μ综合控制器实际应用打下坚实基础。

全文目录

摘要  4-5
Abstract  5-6
目录  6-16
第一章绪论  16-23
  1.1 空空导弹概述  16-17
  1.2 论文研究背景  17-18
  1.3 鲁棒μ理论的发展  18-19
  1.4 国内外研究现状  19-21
    1.4.1 导弹控制器的研究现状  19-21
    1.4.2 课题研究基础  21
  1.5 论文研究的关键问题  21-22
  1.6 论文章节安排  22-23
第二章空空导弹数学建模  23-30
  2.1 对象特性建模  23-27
    2.1.1 假设条件  23
    2.1.2 坐标系定义  23-24
    2.1.3 弹体的力和力矩  24-25
    2.1.4 执行机构模型  25-26
    2.1.5 弹体六自由度运动方程  26-27
  2.2 对象特性分析  27-28
  2.3 线性化数学模型  28-29
  2.4 本章小结  29-30
第三章 μ综合控制器设计与分析  30-48
  3.1 μ综合概述  30-32
    3.1.1 结构奇异值定义  30-31
    3.1.2 结构奇异值解算方法  31
    3.1.3 μ综合设计方法  31-32
  3.2 不确定性评估  32-34
  3.3 控制策略制定  34-36
    3.3.1 控制器性能指标  34-35
    3.3.2 控制结构设计  35-36
  3.4 μ综合控制器设计  36-43
    3.4.1 权函数设计  36-38
    3.4.2 俯仰/偏航控制律设计  38-41
    3.4.3 滚转控制律设计  41-43
  3.5 控制器鲁棒性能分析  43-45
    3.5.1 鲁棒μ分析方法简介  43
    3.5.2 控制器鲁棒性分析  43-45
  3.6 三通道联合仿真  45-47
  3.7 本章小结  47-48
第四章控制器权函数优化  48-60
  4.1 PSO 算法简介  48
  4.2 PSO 优化设计  48-51
    4.2.1 算法参数设定  48-49
    4.2.2 优化流程  49-50
    4.2.3 优化效果与缺陷  50-51
  4.3 CPSO 算法改进  51-58
    4.3.1 CPSO 算法改进  51-52
    4.3.2 算法性能测试  52-56
    4.3.3 算法仿真验证与分析  56-58
  4.4 本章小结  58-60
第五章全弹道控制器增益调度  60-73
  5.1 单控制器的保守性  60-61
  5.2 调度变量的选择  61-62
  5.3 直接切换调度实现  62
  5.4 混合调节调度实现  62-65
    5.4.1 混合调节调度介绍  63-64
    5.4.2 混合调节仿真实现  64-65
  5.5 D 调度方法实现  65-67
    5.5.1 D 调度方法介绍  65-66
    5.5.2 D 调度方法仿真实现  66-67
  5.6 全弹道性能仿真与分析  67-72
  5.7 本章小结  72-73
第六章半物理仿真验证  73-79
  6.1 仿真平台构建  73-75
  6.2 仿真验证方案  75-76
  6.3 仿真测试验证  76-78
    6.3.1 定点线性仿真  76-77
    6.3.2 全弹道非线性仿真  77-78
  6.4 本章小结  78-79
第七章总结与展望  79-81
  7.1 本文主要工作  79-80
  7.2 后续工作及展望  80-81
参考文献  81-84
致谢  84-85
在学期间发表的论文  85

全弹道空空导弹μ综合控制器研究

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