直/气复合控制导弹导引头信息提取问题研究

论文摘要

动能拦截器采用直接侧向力/气动力复合控制,为导引头的视线转率提取带来了新的问题。一方面,直接侧向力的冲击作用不仅会引起弹体的弹性振动,还会使弹体姿态剧烈变化,使所提取的视线转率信息中包含的弹体姿态耦合误差增加,甚至导致导引头丢失目标。另一方面,高精度的末端控制要求在直接侧向力开启前导引头能够有效测量,进而提高了导引头跟踪系统的带宽要求。为此,本文针对直接侧向力/气动力复合控制带来的测量问题,对制导信息的提取进行了以下几方面的研究:首先,针对弹体弹性振动问题,以欧拉自由梁模型为基础,采用振型叠加法研究了弹体的弹性形变和质点振动加速度,提出了弹性附加角速率的概念,并指出了弹性效应加剧了导引头伺服稳定系统中质量偏心干扰力矩对测量的影响。其次,针对弹体姿态的快速变化问题,建立了直接侧向力作用下的弹体姿态控制模型,从系统传递函数的角度研究了弹体姿态角速率的频率特性,创新性地定义了λ-能量分布范围,并给出了求解弹体姿态角速率λ-能量分布范围的方法。再次,针对动能拦截器对导引头系统带宽的要求,采用线性化方法分析了末制导系统的带宽,进而提出了对随动平台式导引头角跟踪回路的带宽指标。然后,对平台式导引头的跟踪特性和去耦特性进行了分析,并提出了对回路设计的要求。最后,结合弹体姿态干扰特性和跟踪带宽指标,采用多回路思想,设计了导引头稳定平台跟踪系统,并通过基于库伦摩擦+粘滞摩擦模型的摩擦补偿,提高了视线转率信息的提取精度。本文较全面地分析了直接侧向力/气动力复合控制导弹制导信息提取的特殊问题,并在此基础上进行了去耦设计,对提高制导信息提取精度和实现高精度拦截具有较强的指导意义。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 第1章 绪论
• 1.1 课题背景及研究的目的和意义
• 1.2 国内外研究现状与分析
• 1.2.1 弹性振动的研究
• 1.2.2 直接侧向力/气动力复合控制研究
• 1.2.3 导引头视线转率提取方法
• 1.3 本文研究内容和章节安排
• 第2章 直接侧向力作用下弹体姿态特性分析
• 2.1 引言
• 2.2 弹体弹性振动分析
• 2.2.1 弹体弹性变形模型的建立
• 2.2.2 弹性变形的微分方程求解
• 2.2.3 质点弹性振动加速度分析
• 2.2.4 弹性附加姿态角速率
• 2.3 弹体弹性变形仿真分析
• 2.4 直接侧向力作用下的弹体姿态特性
• 2.4.1 直接侧向力姿态控制模型
• 2.4.2 直接侧向力力作用方式描述
• 2.4.3 直接侧向力信号频谱分析
• 2.4.4 弹体姿态频率特性分析
• 2.5 弹体姿态特性仿真分析
• 2.6 本章小结
• 第3章 基于比例导引的制导回路带宽分析
• 3.1 引言
• 3.2 弹目相对运动方程的建立
• 3.3 制导系统带宽的线性化分析
• 3.3.1 状态方程的建立
• 3.3.2 特征点线性化
• 3.3.3 带宽分析
• 3.4 仿真验证
• 3.4.1 相对距离rC 对末制导系统带宽的影响
• 3.4.2 视线转率q& C 对末制导系统带宽的影响
• 3.4.3 相对速度r&C 对末制导系统带宽的影响
• 3.4.4 有效导航比N ' 对末制导系统带宽的影响
• 3.4.5 速距比ξC 与末制导系统带宽的对应关系
• 3.5 本章小结
• 第4章 导引头稳定平台跟踪和去耦特性分析
• 4.1 引言
• 4.2 导引头稳定平台的描述
• 4.2.1 三轴稳定平台结构
• 4.2.2 导引头探测系统简化模型
• 4.2.3 导引头探测系统精确模型
• 4.3 稳定平台干扰力矩
• 4.3.1 几何约束耦合力矩
• 4.3.2 导线弹性约束力矩
• 4.3.3 摩擦约束耦合力矩
• 4.3.4 结构偏心力矩
• 4.4 跟踪特性分析
• 4.5 弹体干扰误差分析
• 4.5.1 去耦系数定义
• 4.5.2 去耦特性分析
• 4.6 本章小结
• 第5章 导引头稳定平台去耦设计与仿真
• 5.1 引言
• 5.2 多回路设计
• 5.2.1 角稳定回路的设计
• 5.2.2 角跟踪回路的设计
• 5.2.3 仿真研究
• 5.3 基于固定模型的摩擦补偿
• 5.3.1 摩擦补偿设计
• 5.3.2 仿真分析
• 5.4 本章小结
• 结论
• 参考文献
• 攻读硕士学位期间发表的论文及其它成果
• 致谢