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质量矩控制导弹的建模与运动分析

哈尔滨工程大学学报 2011年第12期32卷 1588-1593页

作者：徐国民李天舒张晓宇张利军哈尔滨工程大学自动化学院黑龙江哈尔滨150001 大庆采油四厂黑龙江大庆163458

质量矩控制可以有效解决飞行器在超高马赫数飞行时的舵面气动加热问题,建立了质量矩导弹通用数学模型,针对具有3个滑块的三轴稳定质量矩导弹,分析了惯性主轴变化、惯性力矩和气动力矩对导弹运动的影响,结合频域摄动法和数值分析方法对... 详细信息

质量矩控制可以有效解决飞行器在超高马赫数飞行时的舵面气动加热问题,建立了质量矩导弹通用数学模型,针对具有3个滑块的三轴稳定质量矩导弹,分析了惯性主轴变化、惯性力矩和气动力矩对导弹运动的影响,结合频域摄动法和数值分析方法对这一动力学模型进行了模型简化以及简化误差补偿方法的研究.研究结果表明经过误差补偿的简化模型与未简化模型的动力学特性基本一致,以动力学系数的形式对给出了质量矩导弹的控制系统方程,为质量矩导弹进行制导控制系统的设计与分析提供依据.

关键词：导弹质量矩控制动力学模型简化方程误差补偿

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质量矩控制自旋弹弹体性能分析

飞行力学 2013年第1期31卷 61-64页

作者：高长生张研魏鹏鑫荆武兴哈尔滨工业大学航天工程系黑龙江哈尔滨150001

研究了径向滑块做与弹旋等频的正弦运动时自旋导弹弹体的性能问题。增加滑块质量是提高导弹机动能力的必要条件,但由此带来的惯性力却降低了系统性能。与滑块状态有关的惯性力在弹体系下可分解为相对惯性力、哥氏惯性力、切向惯性力和... 详细信息

研究了径向滑块做与弹旋等频的正弦运动时自旋导弹弹体的性能问题。增加滑块质量是提高导弹机动能力的必要条件,但由此带来的惯性力却降低了系统性能。与滑块状态有关的惯性力在弹体系下可分解为相对惯性力、哥氏惯性力、切向惯性力和离心惯性力,分析了惯性力对系统章动和进动的影响,研究了如何降低惯性力的负面效应。研究结果表明:切向惯性力的变化导致导弹惯性主轴频繁偏移;导弹自旋一周后附加离心惯性力、附加哥氏惯性力和附加相对惯性力对弹体的等效控制力不为零;降低滑块导轨与导弹横向惯性主轴之间的距离可有效降低惯性力对系统的影响。

关键词：自旋弹质量矩控制径向滑块正弦运动惯性力

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三轴稳定质量矩控制导弹的建模、分析及仿真

三轴稳定质量矩控制导弹的建模、分析及仿真

作者：李增文燕山大学

学位级别：硕士

本文主要对三轴稳定质量矩控制导弹的模型建立和模型简化问题进行了分析与研究。根据牛顿运动定律建立质心运动和绕质心转动动力学方程,由于模型的非线性、强耦合等特点,为方便控制系统的设计,对模型进行了必要的简化。质心运动方... 详细信息

本文主要对三轴稳定质量矩控制导弹的模型建立和模型简化问题进行了分析与研究。根据牛顿运动定律建立质心运动和绕质心转动动力学方程,由于模型的非线性、强耦合等特点,为方便控制系统的设计,对模型进行了必要的简化。质心运动方程的简化相对比较简单。绕质心转动动力学方程的简化由于导弹内部质量块的运动而变得相对比较复杂。本文对导弹内部各质量块的位置参数采用正弦输入信号,通过改变正弦输入信号的角频率进行仿真实验,进而分析各质量块运动速度及加速度对系统的影响,仿真结果表明当质量块运动速度及加速度在一定范围内变化时,可以对绕质心转动方程进行简化。在质量矩控制导弹简化模型基础上,利用Lyapunov理论对质量矩控制导弹进行了稳定性分析。应用时标分离方法将系统分成快、慢两个子系统,采用动态逆控制方法对控制导弹的非线性系统进行了设计,仿真结果验证了此方法的可行性。在不同的初始条件下,根据视线坐标系、惯性坐标系及弹体坐标系的转换关系,采用修正的比例导引律对导弹拦截目标进行了空间全弹道仿真,对所给出的简化模型做了进一步的验证,使质量矩控制导弹的工程实现成为可能。

关键词：质量矩控制时标分离动态逆比例导引

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滚转导弹质量矩控制方法研究

战术导弹控制技术 2010年第4期17卷 1-3,10页

作者：杨明兵器工业系统总体部北京100089

提出了一种滚转导弹的新型结构和控制方法,弹体分为前后两部分,弹体前段用一个单轴陀螺稳定平台保持滚转稳定,弹体后段可绕弹体方向自由旋转,全弹的俯仰和偏航控制由质量矩控制来实现。

关键词：滚转导弹结构单轴陀螺稳定平台质量矩控制

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基于自适应反演法的质量矩导弹控制律设计

兵工学报 2011年第6期32卷 686-690页

作者：高长生荆武兴李君龙哈尔滨工业大学航天工程系黑龙江哈尔滨150001 中国航天科工集团第二研究院北京100854

基于反演技术研究了双滑块质量矩导弹俯仰、偏航通道跟踪控制问题。以所建立的仿射型控制模型为基础,考虑到滑块速度、加速度及导轨等不确定因素的影响,给出了鲁棒自适应反演控制律;针对反演法存在计算膨胀这一问题,设计了滑模滤波器来... 详细信息

基于反演技术研究了双滑块质量矩导弹俯仰、偏航通道跟踪控制问题。以所建立的仿射型控制模型为基础,考虑到滑块速度、加速度及导轨等不确定因素的影响,给出了鲁棒自适应反演控制律;针对反演法存在计算膨胀这一问题,设计了滑模滤波器来估计虚拟控制量的导数;针对反演法给出的增益系数无法保证满意的性能指标这一问题,采用遗传算法优化控制器参数。仿真结果验证了算法的有效性。

关键词：飞行器控制、导航技术导弹质量矩控制鲁棒自适应反演鲁棒滑模滤波器

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再入弹头质量矩复合控制系统设计

航天控制 2009年第4期27卷 43-48,52页

作者：李瑞康荆武兴高长生杜华军哈尔滨工业大学航天工程系哈尔滨150001 北京航天自动控制研究所北京100854

针对提出的再入弹头质量矩复合控制模式,利用变结构控制方法设计了三通道的姿态控制律。为了抑制滑块跟踪运动和再入过程中非对称气动烧蚀带来的影响以及满足快速、鲁棒性的要求,设计了基于时间最优的滚动通道的稳定控制律;用双积分系... 详细信息

针对提出的再入弹头质量矩复合控制模式,利用变结构控制方法设计了三通道的姿态控制律。为了抑制滑块跟踪运动和再入过程中非对称气动烧蚀带来的影响以及满足快速、鲁棒性的要求,设计了基于时间最优的滚动通道的稳定控制律;用双积分系统的时间性能指标来确定切换线,同时构造双切换函数以及在原点领域切换为连续控制律来解决开关颤振问题;为了抑制滑块运动带来的影响,在滑块结构布局优化的基础上,利用变结构设计了俯仰和偏航通道姿态控制律。最后,通过非线性系统仿真验证了该方法的有效性。

关键词：质量矩控制滚动稳定再入弹头变结构控制

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质量矩再入飞行器制导控制问题研究

质量矩再入飞行器制导控制问题研究

作者：姜春旺哈尔滨工业大学

学位级别：硕士

导弹的机动控制方式主要有气动舵面、喷气推力器和变质心控制三种方式。其中气动舵面控制方式难以解决高速飞行过程中舵面烧蚀等问题;而喷气推力控制方式受限于携带燃料有限且增加无用载荷等缺点。变质心控制技术与传统控制方式相比优... 详细信息

导弹的机动控制方式主要有气动舵面、喷气推力器和变质心控制三种方式。其中气动舵面控制方式难以解决高速飞行过程中舵面烧蚀等问题;而喷气推力控制方式受限于携带燃料有限且增加无用载荷等缺点。变质心控制技术与传统控制方式相比优势明显，应用前景广阔。本论文以再入突防为背景，研究质量矩飞行器的动力学建模、再入制导与鲁棒控制等问题。首先，根据动量定理及动量矩定理推导了单滑块/滚转喷气模式的质量矩飞行器完整空间运动模型，具体包括：系统质心三维平动动力学方程，系统绕质心三维转动动力学模型和滑块一维平动动力学方程。其次，研究了带落角约束的再入最优制导律。根据导弹与目标的空间运动几何关系建立状态方程与最优指标;根据有限时间时变系统二次型最优控制原理分别求得俯冲平面和水平面的再入最优制导律。然后，研究了飞行姿态鲁棒控制律的设计。飞行控制系统由姿态角跟踪控制系统、滑块位置伺服控制系统及滚转喷气推力脉宽调制器组成。运用H方法可有效解决系统的混合灵敏度问题以满足多项性能指标要求。最后，针对完整空间运动模型进行了制导控制闭环仿真，验证了上述制导控制系统的整体性能。论文相关结论对再入质量矩技术提供一定参考。

关键词：再入飞行器质量矩控制带落角约束制导鲁棒姿态控制

弹道导弹机动突防分析及其制导与控制问题研究

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弹道导弹机动突防分析及其制导与控制问题研究

作者：魏鹏鑫哈尔滨工业大学

学位级别：硕士

本文以弹道导弹机动突防为背景，研究了突防过程中机动过载对抗、执行机构方式、制导与控制系统的设计问题。这几项技术为弹道导弹机动突防和精确打击提供了新的思路，但目前在实际应用中还存在许多亟待解决的难题，本文就其中的几个问... 详细信息

本文以弹道导弹机动突防为背景，研究了突防过程中机动过载对抗、执行机构方式、制导与控制系统的设计问题。这几项技术为弹道导弹机动突防和精确打击提供了新的思路，但目前在实际应用中还存在许多亟待解决的难题，本文就其中的几个问题进行了重点研究。首先，针对自由飞行段弹道导弹与拦截弹的机动过载对抗问题，基于线性二次型微分对策理论，建立了攻防对抗线性化运动模型，分析了拦截弹在完全理想情况下实施有效拦截所需具备的最小过载能力与弹道导弹机动过载能力之间的关系，定量地给出了使敌方拦截失败的对抗过载比应满足的条件的解析形式。其次，为了解决弹道导弹弹头再入机动突防中所面临的气动舵面烧蚀问题，本文采用了质量矩控制方式的执行机构，重点研究滑块执行机构的配置问题：给出了一种由导轨绕弹体纵轴转动和滑块在导轨上平动两部分组成的新型单滑块极坐标控制模式;建立了八自由度导弹运动动力学模型，分析了制导、姿态控制、伺服回路之间的耦合特性;将这种控制方式与双滑块控制方式的控制能力及对滚转通道的影响进行对比分析。然后，基于这种新型质量矩控制模式的动力学模型，采用变结构理论设计了质量矩再入弹头的俯仰偏航通道的姿态跟踪控制律。由于内部导轨转动对滚转通道产生影响较大，本文重点研究了滚转通道稳定控制系统的设计。采用LQR控制技术设计了滚转通道的姿态控制律，将作用于滚转通道的外部扰动和参数不确定性视为一个合成的干扰项，基于整体化思想利用扩展状态观测器对该合成干扰项以及系统状态变量进行估计。然后，将系统状态变量和合成干扰项的估计值应用到LQR控制器中，使控制系统具有鲁棒性。所设计的控制系统对滑块跟踪指令对滚转通道产生的干扰、外部烧蚀干扰、参数不确定性、未建模弹体挠性及敏感器动态具有强鲁棒性。最后，为了保证弹道导弹在再入末段能够从各个空域方向打击目标，基于近年来提出的模型预测静态规划技术，设计了具有落角和落点约束的三维再入段末制导律。这种制导律具有在线快速优化弹道的能力，对初始条件的要求更为宽松，有着较大的打击捕获区域。对打击静止、移动和机动目标都很有效。

关键词：弹道导弹机动突防质量矩控制飞行控制落角约束