拦截机动目标的变结构制导律设计

摘要

对于传统导弹武器，制导系统的主要功能在于产生适当的控制指令导引导弹以最小的脱靶量命中目标。然而随着导弹武器和打击目标的不断变化，脱靶量并非是唯一的战术技术指标。如：在攻击机场、指挥中心、大型军舰等具有重要军事价值的目标时，不仅希望攻击时能获得最小脱靶量，还希望能以一定的交会角命中目标，以达到更好的打击效果。

针对上述情况，本文应用滑模变结构理论，设计了一种满足脱靶量、末端交会角约束的制导律，最后通过仿真验证其有效性。主要内容有：

首先，定义了常用坐标系，并给出了各坐标系之间的转换关系矩阵；然后，建立了导弹和目标的运动模型，包括导弹质心动力学和运动学模型、目标质心运动模型、视线角和视线角速率等相对运动参数的计算模型。

其次，将末端交会角约束转换为末端视线角约束，应用滑模变结构理论，选取末端视线角和视线角速率的加权和作为滑模面，应用自适应趋近律，分别在纵向平面和侧面平面内推导出一种满足脱靶量和末端交会角约束的制导律。

最后，为验证所设计的变结构制导律的可行性，在Matlab/Simulink中开发仿真程序，仿真结果表明，本文设计的制导律能够满足脱靶量和末端交会角度约束的限制。

关键词：制导律，末端交会角，滑模变结构；

Abstract

....

KEY WORDS: Guidance law,Terminal rendezvous angle,Variable Structure Control; 

目录

第一章 前言 1

1.1 课题研究的背景和意义 1

1.2 导引律发展的现状及分析 2

1.2.1经典制导律 3

1.2.2基于现代控制理论的导引律 4

1.2.3三维导引律 8

1.2.4攻击角度约束导引律 8

1.3本文主要研究内容 9

第二章 导弹制导控制系统原理 11

2.1系统介绍 11

2.2坐标系定义及其转换 12

2.3空间拦截中的弹道方程 14

2.3.1目标质心运动方程 14

2.3.2导弹质心运动方程 15

2.3.3导弹姿态运动方程 15

2.3.4视线角及其视线角速率的计算方法 15

2.4目标-导弹相对运动的数学描述 16

2.4.1平面内目标-导弹相对运动动力学方程 16

2.4.2三维空间下目标-导弹相对运动动力学方程 17

2.5扰动运动分析与建模 19

2.5.1非线性微分方程线性化 20

2.5.2纵向扰动运动方程组 21

2.5.3侧向扰动运动方程组 23

2.6 本章小结 23

第三章 滑模变结构控制 24

3.1滑模变结构控制理论的基本原理 24

3.2滑动模态的到达条件 25

3.3滑模变结构切换函数设计 25

3.4滑模变结构控制的抖动问题 27

3.5滑模变结构控制系统的设计 28

3.6滑模变结构控制系统性能 29

第四章 拦截机动目标的变结构制导律设计 31

4.1引言 31

4.2带末端攻击角度约束的制导模型 31

4.2.1末端攻击角度约束的描述 32

4.2.2制导模型的建立 35

4.3对固定目标的滑模制导方法 36

4.3.1带末端攻击角度约束的滑模制导方法 37

4.3.2制导参数的确定方法 39

4.4对机动目标的滑模制导方法 42

4.4.1带末端攻击角度约束的滑模制导方法 42

4.4.2制导参数的确定方法 43

4.5仿真验证 46

致 谢 52

参考文献 53

毕业设计小结 58