基于函数观测器的弹性体导弹减振控制

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导弹弹体的截面积越小,长度越长,即长径比越大,就越有利于提高导弹的机动性、速度和射程等性能。但长径比越大,弹体的弹性特征表现的就越明显。当长径比大于15时,导弹在高速飞行中的弯曲振动就不能忽略。同时导弹的这种局部运动(弹性振动)会影响全弹的整体,如会影响导弹的工作性能:降低弹体控制系统的控制精度和稳定性,引起导弹中仪器设备的工作精度下降,影响导弹的速度、精准度以及机动性能,甚至致使导弹解体。因此,分析导弹的弹性特性以及对此种弹性振动实施减振,对建设世界一流军队、推进国防科技的发展至关重要。本文针对弹性体导弹控制系统,设计一种新的主动减振控制方法,主要完成以下工作:首先,根据已有资料了解弹性体导弹减振控制系统,分析弹性体导弹短周期的弹性扰动运动数学模型,得出其状态空间表达式。其次,设计三种弹性体导弹的减振控制方法,把导弹看成刚柔耦合系统,并分开设计控制器和观测器。针对系统利用函数观测器或状态观测器观测状态信号,基于伺服补偿器,构建增广被控对象的全维动态输出反馈控制律,或设计状态反馈律;利用区域极点配置方法对过渡过程进行优化,用线性矩阵不等式求解优化问题,设计弹性体导弹的控制系统方案。最后,对三种减振控制方法通过仿真对比其优缺点,分析减振效果。基于函数观测器的控制方法效果和另外两种相仿,但控制器整体维数低,在结构复杂度方面具有优势。本文对弹性体导弹减振控制器的研究综合多种控制理论:函数观测器或状态观测器可以获取状态信号,可以解决俯仰角无法准确在线检测、无法形成闭环的难题,且结构简单;伺服补偿器实现零静差控制跟踪,消掉外部不稳定的部分;主动减振控制,从振动角度控制减振而不是把振动当作干扰项。
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