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摘要制导炸弹在其飞行过程下是一个非线性极强的时变系统，为了使飞行控制系统具有良好的性能并且能够在工程上易于实现，一般采用增益调度方法是比较理想的选择。但如何利用增益调度方法来设计有效的控制回路系统，在理论和工程上依旧是一个非常有挑战的任务。 本文着重研究了制导炸弹控制回路内主要控制回路——俯仰控制回路。首先，建立制导炸弹飞行过程中空间优尔自由度运动方程，采用小扰动法对弹体模型进行线性化，得到弹体扰动运动方程组。并且采用系数“冻结”法，在给定的制导炸弹某些特征点附近，得出弹体的传递函数。 然后，根据控制系统模型和气动参数，设计能随气动参数变化在线设计控制系统参数的增益调度算法，使飞行控制系统满足规定的性能指标以满足控制与制导的要求，并在某一个特征点上设计控制器。 最后将其他特征点代入设计好的控制计中，通过时域和频域的分析表明，这种方法能够使控制器获得满意的控制品质。 32307
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毕业论文关键词 制导炸弹控制系统 俯仰回路 特征点 增益调度
Title Gain Scheduling Method for Longitudinal Control System of Guided Bomb
Abstract Under flight conditions, guided bomb system is a highly nonlinear time-varying system. For the purpose of good performance and easy to realize in engineering, the application of gain scheduling is an ideal choose. However, how to effectively design control circuit system by gain scheduling is still a challenging problem in both theory and engineering. This thesis focus on main control circuit of Guided-bomb's control circuit——pitch control loop. Firstly, we establish six-degree of freedom equations set of the guided bomb. The differential equations are linearized to get guided bomb disturbance movement equations by the small perturbation method. Using the coefficient freezing method, dynamics transfer functions are obtained at some feature points of the bomb with specified altitude and Mach number. Secondly, according to the model of the control system and aerodynamic parameters, we design a gain-scheduling algorithm which can design parameters of control system online while the aerodynamic parameter changes. Make sure the flight control system satisfy specified performance indicators to meet the requirements of control and guidance. After that, we design a controller at a feature point. At last, The other features are substituted to the controllers and the time and frequency domain analysis show that the gain scheduling controller allows the controller to obtain satisfactory control quality.
Keywords Control system of guided bomb, Pitch control loop, Feature point, Gain scheduling
目次
1绪论1
1.1研究背景及意义1
1.2综述1
1.3本文结构安排3
2制导炸弹系统模型建立4
2.1制导炸弹运动方程4
2.2制导炸弹动态特性模型6
2.3小结10
3基于经典控制理论的增益调度控制器设计11
3.1设计理念11
3.2俯仰回路系统结构、传递函数以及参数11
3.3控制系统性能指标13
3.4俯仰回路参数整定14
3.5控制参数整定结果分析17
3.6小结22
结论23
致谢24
参考文献25
1 绪论 本章简要介绍了制导炸弹以及增益调度法，阐述了其背景、意义以及发展，并介绍了本文的主要工作以及章节安排。
1.1 研究背景及意义 制导炸弹，全称航空制导炸弹，是一种主要靠载机投掷时获得的动能和势能进行飞行的制导武器。它是在普通导弹上加装制导系统而成，由于其较高的费效比，在现代战争中发挥着越来越重要的作用。制导炸弹能够对敌方目标形成有效的攻击的前提是必须保证它的打击精度，因此制导炸弹控制系统设计也就成为了一项非常重要的任务。 由于制导炸弹飞行控制系统参数是随着飞行情况而变化的参数，并且弹体系统存在着内部的参数变化和外部的干扰，所以实现制导炸弹飞行控制系统必须保证弹体参数在一定范围内变化的鲁棒性。同时，炸弹弹体质量、转动惯量的变化以及外部条件的不确定性都会引起制导炸弹动力学的非线性特性。因此，在设计控制系统的同时还要保证它的非线性特性要求。在飞行控制中比较常用的方法有增益调度控制[1-3]、自校正控制[4]、定量反馈控制[5]、模型参考自适应控制[6]、�∞控制[7]等等。本文主要讨论增益调度控制。 目前国内外研究飞行系统的人数不胜数，取得的理论上和工程上的成果也很多。但不论研究的途径和方法是什么，最终我们都是追逐同一个目标，也就是设计出一个稳定而又快速的飞行控制系统。本文将针对制导炸弹经典三回路控制系统中的俯仰回路进行分析，给出一种可在线计算的增益调度方法。
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