一种特殊变参数PID控制的导弹纵向姿态控制技术研究

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导弹作为最重要的制导武器,已经成为现代战场的主角,是各国发展军事力量的重中之重。导弹控制系统作为导弹的核心组成部分,在导弹精准打击目标和控制导弹飞行稳定性方面都有着及其重要的作用。在导弹控制的研究历史中,PID控制具有悠久的研究和发展历史,它具有突出的优点,如算法简单、鲁棒性好、有较高的可靠性等。然而,PID控制的应用也有局限性。首先是它对控制系统的要求很高,即PID控制主要应用在线性定常的、系统参数固定不变的系统中;其次,PID控制要求的控制对象比较严格,即对于具有非线性、大惯性、强干扰性等特性的控制对象,不能选择一组固定的、整定好的PID参数实施控制,此时的控制器并不能取得较好的控制效果,甚至还会使系统性能超出允许的范围。因此PID控制在导弹控制中的应用受到了限制。近年来,研究人员在传统PID控制的基础上,不断地对其进行了优化,进而衍生出多种控制算法,发展最完善的控制理论有模糊控制、滑模变结构控制、最优控制等。但是,以上列出的控制方法只是针对某个特定的性能指标来进行控制,往往会使其他的性能指标变坏,并不能全面的提升系统的性能指标,其效果往往也不明显,甚至还存在系统在工程上不易实现的问题。在此研究背景下,本文提出了一种特殊的变参数PID控制方法。本文的主要工作如下:首先介绍了本课题的研究背景、研究现状及意义,并介绍了本文的主要内容;对某型巡航导弹进行数学建模,选择了不同的坐标系进行定义,并推导相互转换的余弦关系;对导弹飞行过程中的受力情况进行分析,从而建立导弹的动力学模型,并按照一定的法则对模型进行简化;介绍PID控制的发展过程和设计原理,用频域法设计控制器,通过仿真说明其控制效果;详细介绍本文研究的控制方法,即一种特殊的变参数PID控制方法,介绍了其设计思想和理论研究过程,并与原系统的控制能力进行分析对比,并在此基础上,运用该方法对简单二阶系统进行仿真,验证其控制效果;将该种方法运用到导弹纵向控制中,并与传统的PID控制方法进行比较,得出结论。
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