最優(yōu)末段導引律與導引頭跟蹤控制研究.pdf

1、近幾年來,我國在周邊權益不斷地受到挑戰(zhàn),如何保衛(wèi)國家安全和利益是非常緊要的課題。作為國家安全的重要防御力量之一,導彈攔截技術必須不斷地適應當前遠程攻擊武器的發(fā)展。其中導引律毫無疑問是影響導彈攔截性能的決定性因素。在當前飛行器高速甚至是高超音速的現(xiàn)狀下,現(xiàn)有的傳統(tǒng)導引律面臨攔截窗口極大減小、攔截彈速度不足等問題,已經無法有效地導引導彈進行攔截。同時,導引頭也是影響攔截性能的重要因素之一。當前正在大力發(fā)展的滾仰式捷聯(lián)導引頭具有結構簡單、離軸

2、角大等優(yōu)點,但是對于其控制問題少有研究。因為摩擦力突變、響應時間短、輸入信號大幅變化等難點,導引頭跟蹤是個比較難以處理的問題;但其關系到視線角速率測量精度和跟蹤目標響應速度等重要的參數(shù),是一個非常值得關注的領域。
　　本文在研究控制理論和導彈末段制導規(guī)律的基礎上,對于新型導彈末端導引律和滾仰式捷聯(lián)導引頭跟蹤控制問題進行了一些有益的嘗試,并獲得如下研究成果:
　　(1)提出了一種能夠獲得最小能量消耗的最優(yōu)自適應滑模前向導引律。

3、前向導引律是一種新型的攔截策略,在現(xiàn)有條件下攔截高速目標時具有傳統(tǒng)制導律不能比擬的優(yōu)勢,但是并沒有獲得最優(yōu)的能量消耗,而能量的消耗是當前導彈小型化、作戰(zhàn)范圍擴大化的一個重要研究方向。本文對于在保證制導精度下最優(yōu)的能量消耗進行了研究,并對目標機動加速度影響的抑制進行了探討。在對前向導引下攔截彈和目標的相對運動進行建模、線性化后,對于目標無機動的理想情況下,選取合適的目標函數(shù)以使得攔截彈在保持攔截精度的情況下獲得最優(yōu)的能量消耗,并使用最優(yōu)控

4、制方法—線性二次調節(jié)器(Linear Quadratic Regulation, LQR)結構對于制導律進行推導;然后采用變結構控制理論來對于目標機動加速度引起的系統(tǒng)狀態(tài)變化進行抑制,增強系統(tǒng)的魯棒性。在處理變結構系統(tǒng)容易抖振的問題上,采用了飽和函數(shù)。仿真表明,與其他基于前向導引的方法相比,該導引律能夠獲得滿意的制導精度和最優(yōu)的能量消耗,并對于目標機動具有較強的魯棒性。
　　(2)本文提出了一種有角度攻擊的自適應前向導引律。前向導

5、引要求在末段時攔截彈與目標飛行在一個軌跡上。為使得攔截彈能夠實現(xiàn)有角度攻擊以增加攔截殺傷力,對于前向導引律的攔截幾何條件進行了修正。在考慮了攔截彈自動駕駛儀特性的基礎上,建立了前向導引的攔截彈-目標相對運動模型,并通過變結構控制推導了自適應前向導引律。通過李亞普洛夫穩(wěn)定性原理證明系統(tǒng)的穩(wěn)定性。仿真證明,該導引律具有攔截彈速度相對較小、攔截精度高等優(yōu)勢。
　　(3)本文給出了滾仰式捷聯(lián)導引頭的最優(yōu)控制律。在對該導引頭模型進行分析的基