基于最优控制理论的落角约束空地导弹导引律研究

作     者：邱雪 

作者单位：沈阳理工大学 

学位级别：硕士

导师姓名：王欣

授予年度：2021年

学科分类：08[工学] 082601[工学-武器系统与运用工程] 082501[工学-飞行器设计] 0826[工学-兵器科学与技术] 082602[工学-兵器发射理论与技术] 0802[工学-机械工程] 0835[工学-软件工程] 0825[工学-航空宇航科学与技术] 080201[工学-机械制造及其自动化] 

主      题：空地导弹 落角约束 最优控制理论 滑模变结构 视场角约束 

摘      要：针对空地导弹受到过载约束、导引头视线角的测量范围、自动驾驶仪延迟、干扰等因素的影响,无法对攻击目标造成致命毁伤,本文基于最优控制理论研究带终端落角约束的制导精度优化问题,旨在提出同时满足脱靶量要求和导弹期望落角的末制导律。主要研究内容如下:首先,根据导弹末制导阶段的弹目相对运动关系,推导出弹目相对运动方程。为了更好的理解导引律的研究过程,对弹目运动模型进行线性化和小角度假设,仿真验证了模型线性化不改变制导效果,可用于末制导研究。在此基础上,以最优控制理论为依据,通过设计最优性能指标,构造最优末制导方程,得出带落角约束且能量最优的导引律,本文给出零滞后情况下,带落角约束的最优导引律,仿真分析此导引律满足制导要求具有较小的脱靶量,且导弹所需过载相对较小。其次,为提高最优导引律的鲁棒性,结合滑模变结构控制理论,应用自适应趋近律方法设计滑模面,得出最优滑模导引律,采用低通滤波器消除变结构控制中的抖振,在噪声干扰与目标机动的情况下进行仿真,验证了该最优滑模导引律的正确性。最后,为实现导弹在期望落角较大时,导引头可以实时跟踪目标,分别研究带落角约束和视场角约束的偏置比例导引律和分段最优导引律,偏置比例导引律是在传统比例导引律基础上加偏置项,在分析导引头视场角收敛条件的基础上,基于最优控制理论根据视场角的变化情况进行分段讨论,给出最优导引律。仿真结果表明两种导引律均能满足大落角约束下的视场角约束,但是最优导引律耗能更少。而后针对实际工程的导引头视场角约束和落角约束问题,提出了一种基于弹道成型的导引律,仿真验证该导引律具有有效性。