固体弹道导弹姿态控制系统算法设计

作     者：张灵悦 

作者单位：哈尔滨工程大学 

学位级别：硕士

导师姓名：李光春

授予年度：2022年

学科分类：08[工学] 081105[工学-导航、制导与控制] 0804[工学-仪器科学与技术] 0835[工学-软件工程] 0802[工学-机械工程] 0811[工学-控制科学与工程] 080201[工学-机械制造及其自动化] 

主      题：固体弹道导弹 姿态控制 鲁棒控制 自适应陷波滤波器 自适应控制 

摘      要：由于固体弹道导弹具备的许多优势,当今世界各国都将发展固体弹道导弹视为战略和战术弹道导弹的重点发展方向。在整个导弹的总体设计中,姿态控制系统作为导弹的重要组成成分,在提高导弹飞行稳定性和精确击打目标等方面都起着极其重要的作用。然而,导弹在飞行过程中飞行高度、速度等都是不断发生变化的,这会使得弹体动力学模型参数具有很大的不确定性。同时,由于导弹不是绝对刚体结构,在设计时必须充分考虑弹性模态,导弹振动频率也存在不确定性,这些不确定性因素增加了导弹姿态控制系统设计的难度。本文以固体弹道导弹俯仰姿态控制系统为研究对象,针对导弹参数不确定性、弹性振动等问题,分别采用经典控制理论、鲁棒控制理论、自适应控制理论设计了导弹姿态稳定控制系统,并对设计的控制系统进行仿真验证、分析。首先,阐述了课题的研究背景、重要性,概括了国内外导弹姿态系统设计方法和弹性振动抑制方法的发展状况,并简单介绍了导弹姿态控制系统的基础知识,还推导了包含弹性振动方程在内的导弹姿态运动的数学模型,并简要分析了无控刚体运动和弹性振动的稳定性,为后续研究奠定基础。其次,采用经典控制理论设计了刚体导弹PD控制器,采用陷波滤波器的方法对导弹的弹性振动进行抑制,并通过仿真验证,分析带陷波滤波器的PD控制在导弹姿态控制系统中控制效果。然后,采用H∞鲁棒控制理论,选取合适的加权函数,分别对刚性弹体模型和弹性弹体模型进行姿态控制系统的设计,并通过仿真验证,分析鲁棒控制在导弹姿态控制系统中的控制效果。最后,针对刚性弹体模型,采用李雅普诺夫稳定理论设计了模型参考自适应控制器,针对导弹弹性振动问题,采用具有遗忘因子的最小二乘辩识算法设计了自适应陷波滤波器,将两者综合起来组成自适应姿态控制系统,并通过仿真验证,分析自适应控制在导弹姿态控制系统中的控制效果。