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某滑翔增程靶弹弹道设计与控制系统研究

作　者: 王洪强
导　师: 段登平；周刚；邵晓巍
学　校: 上海交通大学
专　业: 导航、制导与控制
关键词: 滑翔增程靶弹 弹道设计 近似平飞 PID控制
分类号: TJ06
类　型: 硕士论文
年　份: 2012年
下　载: 72次
引　用: 1次
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内容摘要


靶弹可以较真实地模拟来袭导弹的各种特征,是防空兵器系统研制、设计定型飞行试验不可或缺的重要装备。本文以某型空地导弹的平飞段和攻击段特性为主要模拟指标,结合所研究的滑翔增程靶弹气动性能,对其进行弹道设计与优化,并展开控制系统研究。首先,建立相应的坐标系统,分析滑翔增程靶弹所受的外力及外力矩,得到完整的空间六自由度数学模型。根据滑翔增程靶弹实际飞行性能,做出合理假设,得到滑翔增程靶弹纵向运动数学模型。针对滑翔增程靶弹无动力特点,参考空地巡航导弹的弹道模式,提出“下滑—近似平飞—俯冲攻击”的弹道飞行方案,对高度控制规律、攻角表达式及导引规律进行了改进,建立了一种改进的方案弹道和具有落角限制的最优比例导引弹道相结合的弹道方案,并在Matlab/Simulink环境下建立弹道仿真模型,完成了弹道仿真。其次,利用小扰动理论和系数冻结法,对滑翔增程靶弹的弹道微分方程组进行线性化,建立了扰动运动方程,推导出弹体的传递函数,并以此为基础,分析了滑翔增程靶弹纵向自由扰动运动的动稳定性和舵面阶跃偏转时弹体的操纵性。最后,根据经典控制原理,确定滑翔增程靶弹俯仰角稳定回路和高度控制回路的PID控制结构,通过频率分析法完成了控制系统的设计。最终通过对滑翔增程靶弹纵向控制系统的数字仿真,验证了所设计的控制器及其参数的合理性。

全文目录


摘要  3-5
ABSTRACT  5-9
第一章 绪论  9-18
  1.1 研究的背景及意义  9-10
  1.2 国内外发展现状  10-15
    1.2.1 美国靶弹发展现状  10-12
    1.2.2 俄罗斯靶弹发展现状  12-13
    1.2.3 我国靶弹发展现状  13-15
  1.3 靶弹控制系统概述  15-16
  1.4 本文主要研究内容  16-18
第二章 滑翔增程靶弹受力分析及弹道模型的建立  18-29
  2.1 常用坐标系及坐标转换  18-22
    2.1.1 常用坐标系  18-19
    2.1.2 描述滑翔增程靶弹运动姿态的角度  19-20
    2.1.3 坐标转换  20-22
  2.2 滑翔增程靶弹飞行中所受的外力和外力矩  22-24
    2.2.1 滑翔增程靶弹所受的外力  22-23
    2.2.2 滑翔增程靶弹所受的外力矩  23-24
  2.3 滑翔增程靶弹空间六自由度运动方程组  24-28
    2.3.1 动力学方程  25
    2.3.2 运动学方程  25-26
    2.3.3 几何关系方程  26
    2.3.4 控制关系方程  26-27
    2.3.5 滑翔增程靶弹空间六自由度运动方程组  27-28
  2.4 小结  28-29
第三章 滑翔增程靶弹弹道方案设计  29-45
  3.1 滑翔增程靶弹运动方程组的简化  29-31
  3.2 方案弹道设计  31-36
    3.2.1 传统的方案弹道设计方法  31-34
    3.2.2 改进的方案弹道设计方法  34-36
  3.3 导引弹道设计  36-40
    3.3.1 落角限制的最优比例导引制导律  37-40
  3.4 弹道仿真与分析  40-44
  3.5 小结  44-45
第四章 滑翔增程靶弹动态特性分析  45-61
  4.1 研究滑翔增程靶弹扰动运动的方法  45-50
    4.1.1 小扰动法  46
    4.1.2 滑翔增程靶弹运动方程组的线性化方法  46-47
    4.1.3 滑翔增程靶弹运动方程组的线性化  47-48
    4.1.4 滑翔增程靶弹扰动运动方程组的分解  48-49
    4.1.5 滑翔增程靶弹纵向扰动运动方程组的简化  49-50
  4.2 滑翔增程靶弹纵向动态特性分析  50-60
    4.2.1 滑翔增程靶弹纵向自由扰动运动的特性分析  51-57
    4.2.2 滑翔增程靶弹舵机阶跃偏转时纵向运动的特性分析  57-60
  4.3 小结  60-61
第五章 滑翔增程靶弹纵向控制系统的分析与设计  61-83
  5.1 滑翔增程靶弹纵向控制系统的组成  61-62
  5.2 滑翔增程靶弹纵向控制系统的传递函数与结构图  62-66
    5.2.1 弹体纵向传递函数  63-64
    5.2.2 纵向控制系统结构图  64-66
  5.3 PID 控制器设计  66-78
    5.3.1 俯仰角稳定回路的分析与设计  68-73
    5.3.2 高度控制回路的分析与设计  73-78
  5.4 滑翔增程靶弹纵向控制系统的数字仿真  78-82
  5.5 小结  82-83
第六章 结论与展望  83-85
  6.1 结论  83-84
  6.2 展望  84-85
参考文献  85-88
致谢  88-89
攻读硕士学位期间已发表或录用的论文  89-91

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中图分类: > 工业技术 > 武器工业 > 一般性问题 > 测试技术及设施
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