再入飞行器末制导与控制技术研究
发布时间：2025-07-09 02:22
末制导与控制是再入飞行器提高打击精度的重要手段。经过长时间飞行后，飞行器携带的惯性测量装置积累了较大的误差，需要融合末制导测量信息和惯性器件信息，修正飞行器位置、姿态观测误差，以得到更为准确的飞行器运动状态。对于变化的预测目标点，如果按照标准弹道飞行，势必带来较大落点偏差，必须根据相对位置和相对速度来实时生成制导指令。本文以再入飞行器为研究对象，重点研究了末制导与控制技术，主要研究成果如下： 提出了运用伪逆和四元数求解欧拉姿态角速率的方法，得到了奇异情况下欧拉角速率的解。运用最优导引律研究了弹道倾角、弹道偏角与视线高低角、方位角之间的关系，设计了需用攻角、侧滑角制导指令。提出了一种依赖相对视线信息求解转换矩阵的新方法，实现了从攻角、侧滑角制导指令到欧拉姿态角指令的转换。提出了一种滚转通道控制量为零的新制导指令组合。 提出了考虑相对位置和相对速度间夹角信息的剩余时间估算方法。运用最优控制理论得到了最优加速度矢量作用下末端脱靶量的表达式，建立了末端脱靶量与零控脱靶量之间的关系。在最近接近点和直接碰撞路径两种拦截场景下，得到了新的剩余飞行时间的闭式解。当夹角较大时，剩余飞行时间估计...
【文章页数】：158 页
【学位级别】：博士
【文章目录】：
摘要
Abstract
第一章 绪论
1.1 研究背景及意义
1.2 国内外研究现状
1.2.1 末制导与控制技术及其应用
1.2.2 再入末制导指令生成
1.2.3 末端攻击角度约束的制导律研究
1.2.4 SDRE 姿态控制器设计
1.2.5 执行机构控制分配与预测控制研究
1.2.6 制导控制系统半实物仿真
1.3 论文研究内容与组织结构
第二章 再入飞行器运动模型及制导指令生成
2.1 引言
2.2 常用坐标系定义与转换
2.2.1 坐标系定义
2.2.2 坐标系之间的转换关系
2.2.3 运动微分方程
2.3 求解姿态角速率的伪逆和四元数方法研究
2.3.1 姿态运动方程
2.3.2 应用四元数导数伪逆运算求解欧拉角速率
2.3.3 数值算例
2.4 再入飞行器攻角、侧滑角制导指令
2.4.1 弹道倾角与弹道偏角计算公式
2.4.2 最优导引方程
2.4.3 最优导引律对应的攻角指令、侧滑角指令计算
2.5 从攻角/侧滑角指令到欧拉姿态角指令的转换策略
2.5.1 经典转换策略
2.5.2 基于视线的姿态角指令求解策略
2.5.3 姿态角指令求解策略正确性
2.6 滚转通道控制量为零的制导指令组合
2.6.1 新的四元数姿态指令
2.6.2 四元数姿态误差
2.6.3 新姿态指令组合下的控制效果
2.7 小结
第三章 基于零控脱靶量的剩余飞行时间估算
3.1 引言
3.2 末端交会情况下的脱靶量
3.2.1 拦截交会模型
3.2.2 脱靶量
3.2.3 零控脱靶量(ZEM)
3.3 最优控制理论下的飞行器加速度和脱靶量
3.4 一种新的剩余飞行时间估算方法
3.4.1 剩余飞行时间近似估算
3.4.2 应用最近接近点法(PCA)的剩余飞行时间估计
3.4.3 应用直接碰撞路径法(SCP)的剩余飞行时间估计
3.4.4 算例
3.5 小结
第四章 末端攻击角度约束的制导方法研究
4.1 引言
4.2 末端攻击角度约束的自适应比例导引律
4.2.1 导引方程
4.2.2 基于弹道方程的比例导引律
4.2.3 导引参数选择
4.2.4 基于飞行位置的俯冲转弯平面导引参数自适应更新
4.3 末端攻击角度约束的滑模变结构制导律
4.3.1 变结构控制理论
4.3.2 俯冲平面内的制导律设计
4.3.3 转弯平面内的制导律设计
4.4 三种导引律的对比
4.4.1 末端角度、速度和落点偏差控制效果对比
4.4.2 姿态跟踪效果和舵偏角幅度对比
4.5 小结
第五章 基于 SDRE 方法的再入飞行器姿态控制器设计
5.1 引言
5.2 基于状态相关 Riccati 方程的非线性控制器设计方法
5.2.1 问题描述
5.2.2 SDRE 控制器
5.3 SDRE 在线解算方法
5.3.1 基本定义
5.3.2 SDRE 在线解算方法分类
5.4 应用 SDRE 方法的再入飞行器姿态控制器设计
5.4.1 俯仰通道控制器设计
5.4.2 侧向通道控制器设计
5.5 算例
5.6 小结
第六章 考虑伺服特性的舵机连续预测控制研究
6.1 引言
6.2 非线性舵机对姿态控制的影响
6.2.1 舵指令分配
6.2.2 舵机环节对姿态控制的影响
6.3 连续预测控制(CGPC)数学描述
6.3.1 CGPC 基本算法
6.3.2 参数设定
6.4 舵机约束连续预测控制算法
6.4.1 输入约束
6.4.2 输出约束
6.4.3 标准二次规划问题求解方法
6.4.4 仿真算例
6.5 小结
第七章 基于 dSPACE 的再入飞行器控制系统半实物仿真
7.1 引言
7.2 基于 dSPACE 仿真机的舵机快速测试与模型辨识
7.2.1 dSPACE 仿真环境
7.2.2 舵机测试系统构成与关键技术
7.2.3 舵机模型辨识
7.3 基于 dSPACE 的半实物仿真系统设计
7.3.1 飞行器姿态模拟
7.3.2 飞控计算机设计
7.3.3 执行机构反馈信号采集
7.3.4 六自由度弹道 Simulink 模型搭建
7.3.5 接口测试及仿真结果分析
7.4 基于 dSPACE 的再入飞行器制导控制半实物仿真
7.5 小结
结束语
论文主要研究成果及创新
论文创新点
进一步研究建议
致谢
参考文献
作者在学期间取得的学术成果
本文编号：4056993
【文章页数】：158 页
【学位级别】：博士
【文章目录】：
摘要
Abstract
第一章 绪论
1.1 研究背景及意义
1.2 国内外研究现状
1.2.1 末制导与控制技术及其应用
1.2.2 再入末制导指令生成
1.2.3 末端攻击角度约束的制导律研究
1.2.4 SDRE 姿态控制器设计
1.2.5 执行机构控制分配与预测控制研究
1.2.6 制导控制系统半实物仿真
1.3 论文研究内容与组织结构
第二章 再入飞行器运动模型及制导指令生成
2.1 引言
2.2 常用坐标系定义与转换
2.2.1 坐标系定义
2.2.2 坐标系之间的转换关系
2.2.3 运动微分方程
2.3 求解姿态角速率的伪逆和四元数方法研究
2.3.1 姿态运动方程
2.3.2 应用四元数导数伪逆运算求解欧拉角速率
2.3.3 数值算例
2.4 再入飞行器攻角、侧滑角制导指令
2.4.1 弹道倾角与弹道偏角计算公式
2.4.2 最优导引方程
2.4.3 最优导引律对应的攻角指令、侧滑角指令计算
2.5 从攻角/侧滑角指令到欧拉姿态角指令的转换策略
2.5.1 经典转换策略
2.5.2 基于视线的姿态角指令求解策略
2.5.3 姿态角指令求解策略正确性
2.6 滚转通道控制量为零的制导指令组合
2.6.1 新的四元数姿态指令
2.6.2 四元数姿态误差
2.6.3 新姿态指令组合下的控制效果
2.7 小结
第三章 基于零控脱靶量的剩余飞行时间估算
3.1 引言
3.2 末端交会情况下的脱靶量
3.2.1 拦截交会模型
3.2.2 脱靶量
3.2.3 零控脱靶量(ZEM)
3.3 最优控制理论下的飞行器加速度和脱靶量
3.4 一种新的剩余飞行时间估算方法
3.4.1 剩余飞行时间近似估算
3.4.2 应用最近接近点法(PCA)的剩余飞行时间估计
3.4.3 应用直接碰撞路径法(SCP)的剩余飞行时间估计
3.4.4 算例
3.5 小结
第四章 末端攻击角度约束的制导方法研究
4.1 引言
4.2 末端攻击角度约束的自适应比例导引律
4.2.1 导引方程
4.2.2 基于弹道方程的比例导引律
4.2.3 导引参数选择
4.2.4 基于飞行位置的俯冲转弯平面导引参数自适应更新
4.3 末端攻击角度约束的滑模变结构制导律
4.3.1 变结构控制理论
4.3.2 俯冲平面内的制导律设计
4.3.3 转弯平面内的制导律设计
4.4 三种导引律的对比
4.4.1 末端角度、速度和落点偏差控制效果对比
4.4.2 姿态跟踪效果和舵偏角幅度对比
4.5 小结
第五章 基于 SDRE 方法的再入飞行器姿态控制器设计
5.1 引言
5.2 基于状态相关 Riccati 方程的非线性控制器设计方法
5.2.1 问题描述
5.2.2 SDRE 控制器
5.3 SDRE 在线解算方法
5.3.1 基本定义
5.3.2 SDRE 在线解算方法分类
5.4 应用 SDRE 方法的再入飞行器姿态控制器设计
5.4.1 俯仰通道控制器设计
5.4.2 侧向通道控制器设计
5.5 算例
5.6 小结
第六章 考虑伺服特性的舵机连续预测控制研究
6.1 引言
6.2 非线性舵机对姿态控制的影响
6.2.1 舵指令分配
6.2.2 舵机环节对姿态控制的影响
6.3 连续预测控制(CGPC)数学描述
6.3.1 CGPC 基本算法
6.3.2 参数设定
6.4 舵机约束连续预测控制算法
6.4.1 输入约束
6.4.2 输出约束
6.4.3 标准二次规划问题求解方法
6.4.4 仿真算例
6.5 小结
第七章 基于 dSPACE 的再入飞行器控制系统半实物仿真
7.1 引言
7.2 基于 dSPACE 仿真机的舵机快速测试与模型辨识
7.2.1 dSPACE 仿真环境
7.2.2 舵机测试系统构成与关键技术
7.2.3 舵机模型辨识
7.3 基于 dSPACE 的半实物仿真系统设计
7.3.1 飞行器姿态模拟
7.3.2 飞控计算机设计
7.3.3 执行机构反馈信号采集
7.3.4 六自由度弹道 Simulink 模型搭建
7.3.5 接口测试及仿真结果分析
7.4 基于 dSPACE 的再入飞行器制导控制半实物仿真
7.5 小结
结束语
论文主要研究成果及创新
论文创新点
进一步研究建议
致谢
参考文献
作者在学期间取得的学术成果
本文编号：4056993
本文链接：https://www.wllwen.com/kejilunwen/jingguansheji/4056993.html
