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捷联制导体制下的制导控制方法研究

归档日期:06-28       文本归类:激光末端制导      文章编辑:爱尚语录

  对敌方目标实现精确打击是精确制导武器的任务使命,精确制导武器的制导控制系统是完成这一任务使命的关键所在。捷联制导体制通过将探测器直接固联于弹体或将探测器安装于半捷联框架实现精确制导武器的制导控制回路闭环,通过取消导引头内陀螺实现精确制导武器的小型化和低成本要求。本文以采用捷联制导体制的某机载轻型空面导弹制导控制方案设计为研究背景,研究了捷联制导体制下的若干关键问题,包括制导方法、控制方法及半捷联导引头控制技术等内容。首先,研究了捷联制导方法,并对其制导精度进行了分析。在建立导弹目标相对运动模型的基础上,给出了捷联制导体制下基于积分比例导引法和基于比例导引法的两种制导方案,并利用线性伴随法分别对两种制导方案下的制导精度进行了研究。制导精度分析的目的在于保证命中精度的前提下优化各分系统指标,本文在捷联制导体制下获得了导弹制导控制回路中各项误差源对制导精度的影响程度,可用于建立全弹关键分系统性能指标体系。其次,研究了捷联制导体制下稳定回路的鲁棒性设计问题。在建立导弹控制模型的基础上利用解析法设计导弹稳定回路,并在设计过程中对参数选择进行了折衷考虑。为了获得具有鲁棒性的稳定回路,基于H_∞控制理论进行了设计,并讨论了权函数的选择方法。进一步,考虑到导弹稳定回路模型不确定性主要由攻角摄动引起,建立了描述攻角摄动的模型,并基于μ综合理论进行设计。理论分析和数值仿真结果表明,所提出的控制器设计方法考虑了稳定回路鲁棒性,设计结果满足指标要求。再次,研究了半捷联导引头稳定平台的控制方法。常规控制方案将半捷联导引头俯仰和偏航通道解耦考虑,分别利用解算获得的内框角速度作为反馈量实现闭环控制。由于半捷联稳定平台的传感器配置方式使得可以利用数学解算的方式获得框架角速度,本文提出了一种利用外框角速度作为插值变量实现增益调度的控制器。基于有限时间有界理论,在线性时变参数模型下推导了利用线性矩阵不等式描述的有限时间有界的充分条件,并结合线性矩阵不等式工具获得了控制增益矩阵。该控制器根据半捷联稳定平台解算的外框角速度实现增益调度。仿真结果表明,当基座存在扰动时,本文提出的控制器在具有较高控制精度的同时能够有效降低俯仰偏航通道耦合。最后,建立了适用于半主动激光制导导弹的半实物仿真平台,该平台可对采用捷联制导体制的导弹进行各主要分系统和整个制导控制回路的实时仿真试验,以验证系统工作时序、各分系统的性能及总体性能。本文对半实物仿真平台中测试主控部分、运动模拟部分和信号模拟部分的若干关键问题提出了解决方案,并分析了仿真系统中存在的设备安装误差与导引头测角误差之间的关系。另外,本文基于该仿真平台给出了捷联式半主动激光导引头的标定方法,研究了标定中常用的插值算法,以减小捷联式激光半主动导引头由于加工和装配过程中产生的测角误差。

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