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可重复使用飞行器末段制导律设计方法研究

作　者: 王妍
导　师: 马萍
学　校: 哈尔滨工业大学
专　业: 控制科学与工程
关键词: 末制导终端约束最优控制鲁棒控制速度控制
分类号: V448.235
类　型: 硕士论文
年　份: 2010年
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内容摘要

可重复使用飞行器飞行到一定高度时将投放武器、货物等各种有效载荷,在投放时需满足一定的角度和速度约束,因此在设计该飞行器的末段制导律时要考虑终端约束条件,其中包括终端角度约束和终端速度约束。本文以可重复使用飞行器为研究对象,针对其末制导存在的带有终端角度和速度约束的制导问题展开以下研究工作:首先,本文根据可重复使用飞行器的运动特性,建立了飞行器运动模型、目标模型和弹目相对运动数学模型,同时推导出导航计算模型,为后续的研究奠定了模型基础。其次,针对飞行器的终端角度约束问题,选取最优控制理论和鲁棒控制理论方法分别设计了带有终端角度约束的最优制导律和基于L2增益性能指标的鲁棒制导律。在无干扰和有干扰两种情况下对上述两种制导律进行了仿真验证和比较。仿真结果表明,最优制导律满足速度损失最小的最优性要求,而鲁棒制导律可以使系统在扰动和偏差情况下具有良好的鲁棒性和抗干扰性。然后,针对飞行器的终端速度约束问题,对飞行器末制导段的速度大小控制方法进行了研究。在系统数学模型的基础上,通过简化假设求解速度随高度变化的微分方程,设计了满足终端速度要求的期望速度变化曲线,采用增加攻角以增大诱导阻力的方法实现飞行器减速,将实际速度控制到期望速度曲线上,以使飞行器实际速度满足终端速度要求。最后,综合所设计的带终端角度约束和终端速度约束的制导律,针对可重复使用飞行器末段飞行的制导问题,研究了其制导仿真验证方法,编写了仿真程序,并对多种情况进行了仿真分析和比较。仿真结果表明,所设计的制导律可满足制导精度要求,同时满足飞行器的终端角度和速度约束条件。

全文目录

摘要  4-5
Abstract  5-8
第1章绪论  8-15
  1.1 研究背景  8-9
  1.2 国内外研究现状综述  9-13
    1.2.1 带终端角度约束的制导方法研究现状  9-12
    1.2.2 带终端速度约束的制导方法研究现状  12-13
  1.3 主要研究内容与论文章节安排  13-15
第2章可重复使用飞行器末制导数学模型  15-32
  2.1 坐标系定义及坐标系转换  15-18
    2.1.1 坐标系定义  15-16
    2.1.2 坐标系转换矩阵  16-18
  2.2 可重复使用飞行器数学模型  18-26
    2.2.1 飞行器质心动力学模型  18-22
    2.2.2 飞行器质心运动学模型  22-23
    2.2.3 飞行器绕质心转动的动力学模型  23-24
    2.2.4 飞行器绕质心转动的运动学模型  24-25
    2.2.5 辅助模型  25-26
  2.3 目标模型  26-27
  2.4 弹目相对运动数学模型  27-31
    2.4.1 俯冲平面内的弹目相对运动数学模型  28-29
    2.4.2 转弯平面内的弹目相对运动数学模型  29-30
    2.4.3 导航计算模型  30-31
  2.5 本章小结  31-32
第3章带终端角度约束的制导律设计方法研究  32-52
  3.1 问题描述  32-33
  3.2 最优制导方法研究  33-40
    3.2.1 最优制导律设计  33-38
    3.2.2 最优制导仿真结果分析  38-40
  3.3 鲁棒制导方法研究  40-47
    3.3.1 基于L_2 增益性能指标的鲁棒制导律设计  40-43
    3.3.2 鲁棒制导律参数对制导效果的影响  43-47
  3.4 最优制导律与鲁棒制导律仿真结果比较  47-51
    3.4.1 无干扰时两种制导律仿真结果比较  47-49
    3.4.2 有干扰时两种制导律仿真结果比较  49-51
  3.5 本章小结  51-52
第4章带终端速度约束的制导律设计方法研究  52-66
  4.1 期望速度曲线设计  52-58
    4.1.1 弹道系下的质心动力学方程  52-54
    4.1.2 速度随高度变化的微分方程  54-56
    4.1.3 期望速度曲线的近似解  56-58
  4.2 期望速度控制方法  58-60
  4.3 带终端速度约束的制导律仿真结果分析  60-64
    4.3.1 制导律参数选取  60-63
    4.3.2 速度大小控制仿真验证  63-64
  4.4 本章小结  64-66
第5章可重复使用飞行器末段制导仿真与分析  66-78
  5.1 可重复使用飞行器末段制导仿真流程  66-70
  5.2 末段制导仿真结果与分析  70-77
    5.2.1 仿真初始条件  70-71
    5.2.2 最优制导律加入速度大小控制的仿真结果  71-72
    5.2.3 鲁棒制导律加入速度大小控制的仿真结果  72-74
    5.2.4 有干扰时两种末段制导律仿真结果比较  74-75
    5.2.5 无干扰和有干扰情况下的各制导律仿真比较  75-76
    5.2.6 各制导律综合比较  76-77
  5.3 本章小结  77-78
结论  78-79
参考文献  79-83
攻读学位期间发表的学术论文  83-85
致谢  85

可重复使用飞行器末段制导律设计方法研究

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