导弹姿态稳定与控制算法研究

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现代战场环境的日益复杂对战术导弹的技术指标提出了更高的要求,为了适应未来战争的需要,导弹需要解决诸如对付大机动飞行目标、大空域的作战拦截、对超低空目标的拦截等未来战争中出现的问题。因此,控制技术方面就要进一步提高导弹的机动能力和制导精度,更好地协调快速性与稳定性之间的矛盾,提高导弹的可靠性和抗干扰能力。  本文在对导弹飞行特点和原理分析研究的基础上,根据飞行力学、动力学定理和动量矩定理建立描述导弹姿态的六自由度运动方程,即导弹质心的动力学方程和导弹绕质心转动的运动学方程;忽略导弹通道间的耦合,对 BTT-90型导弹在飞行弹道某特征点上,基于合理的假设和线性化处理将变系数微分方程简化为常系数线性微分方程,分别建立了导弹各通道的数学模型。  以所建立的各通道数学模型为研究对象,分别设计 PD控制器,并以此构建导弹飞行控制的闭环控制系统;对 PD控制器在外加干扰和参数摄动下的控制性能进行仿真研究,结果表明在没有干扰和参数摄动时,PD控制器能对导弹进行有效控制,控制效果良好;在有干扰和参数摄动时,控制性能下降较多,难以满足系统抗干扰性和鲁棒性的要求。  基于导弹数学模型与 Backstepping控制理论各自的特点,采用 Backstepping控制对导弹各通道分别设计了控制器;在干扰和参数摄动时对其控制性能进行仿真研究,结果显示 Backstepping控制器的抗干扰性和鲁棒性优于 PD控制。此外,Backstepping控制算法是建立在李雅普诺夫函数上的,所设计的控制器具有良好的稳定性。  导弹在空间飞行时存在各种干扰和参数摄动,而滑模变结构控制具有对外界干扰和内部参数摄动更好的鲁棒性,因此采用滑模变结构控制对导弹各通道设计控制器,并进行仿真研究。结果表明滑模变结构控制器提高了系统的跟踪能力,具有更好的抗干扰能力和鲁棒性,满足BTT导弹飞行控制的需要。  综上所述,对比 PD控制、Backstepping控制和滑模变结构控制,对干扰多、参数变化大的导弹飞行控制,滑模变结构控制能够取得更好的控制效果。
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