本科实习专题报告.docx

本科实习专题报告

第一篇：本科实习专题报告反导反卫飞行器的高精度快速控制系统摘要：随着现代科技和国防军事现代化的发展，越来越多的机械系统提出了快速、高精度的控制要求。反导反卫飞行器作为现代军事的高精尖远程打击武器对设备的加速度、精度、速度的要求尤为突出。现阶段信息化战争中使用的兵器统称为高技术兵器，它包括精确制导武器、高度电子化武器、人工智能武器、聚能武器、隐身武器、天基武器和新概念武器等。其中，精确制导武器在近几次局部战争中显示了超常的作战能力，已经成为现代高技术战场中武器的主角。导弹是精确制导武器家族中的佼佼者，它区别于常规弹道武器，在于能借助制导控制系统导引并控制其飞行路线，从而快速、精确地命中、击毁目标。因此，导弹制导控制系统的分析与设计是决定导弹武器系统功能与性能的关键环节。关键字：导弹、制导控制系统、控制技术、高精度控制、快速控制前言：控制理论的发展，从经典控制理论到现代控制理论，应用于工业产品的领域越来越多。再现阶段高精尖制导武器中，导弹制导控制技术是导弹系统功能与性能的关键环节，对反导反卫飞行器的高精度快速性有着重要的影响。新一代的精确制导武器将广泛采用静不稳定控制技术、大迎角飞行控制技术、推力矢量控制技术、直接力控制技术和倾斜转弯控制技术等先进导弹控制技术以提高对远程和高机动目标的攻击能力。因此，探讨现代导弹精确制导控制技术的分析与设计方法具有十分重要的现实意义。一、导弹制导控制系统面临的理论问题导弹是一个具有非线性、时变、耦合和不确定特性的被控对象，主要表现在以下几个方面：（1）导弹的动力学模型是一非线性的微分方程组，纵向运动和侧向运动之间存在较强的耦合，特别是在大攻角机动时，控制系统通道之间存在复杂的相互作用；（2）导弹的动力学特性与导弹飞行时快速变化的飞行速度、高度、质量和转动惯量之间的密切联系；（3）导弹空间运动、导弹与空间介质的相互作用以及结构弹性引起的操纵机构偏转与导弹运动参数之间的复杂联系；（4）控制装置元件具有非线性特性，例如舵机的偏转角度、偏转速度、响应时间受到舵机的结构及物理参数的限制；（5）在传感器输出中混有噪声，特别是在大过载情况下，传感器的噪声可能被放大；（6）大量的各种类型的干扰作用；（7）各种各样的发射和飞行条件，如飞行高度、导弹和目标在发射瞬间相对运动参数和目标以后运动的参数。在选择制导控制系统的设计方法时，应充分考虑这些特点。二、控制理论发展概况控制理论的发展过程一般分为三个阶段。第一阶段，时间为20世纪40-60年代，称为“经典控制理论”时期。主要是解决单输入单输出问题，主要采用传递函数、频率特性、根轨迹为基础的频域分析法，所研究的对象多半是线性定常系统。经典控制理论的主要特点是，对单输入单输出线性定常对象完成镇定任务。其局限性为只适用于单输入单输出线性定常系统，很大程度上依赖于设计者的经验，设计时无法考虑初始条件。第二阶段，时间为20世纪60-70年代，称为“现代控制理论”时期。这一时期提出了最优控制方法，又相继出现了自适应控制系统等。现代控制理论与经典控制理论相比，其主要优点为适用于多输入多输出系统，其系统可是线性或非线性、定常或时变的，现代控制理论还考虑任务的初始条件。其存在问题为主要考虑线性多变量系统的设计问题，非线性系统的设计考虑较少，在系统存在参数摄动、外部扰动、不确定性和未建模动态时，很难保证其鲁棒性，设计指标与工程需求之间关系不直观，阻碍了其在工程上的应用。第三阶段，时间为20世纪70年代至今。针对非线性问题，出现了微分几何论、逆系统方法以及非线性系统直接设计方法等；针对干扰、模型参数和结构不确定性等问题，出现了变结构控制论、鲁棒控制理论、参数空间方法；针对被控对象的模糊和不确定问题，出现了模糊控制理论和神经网络控制等先进控制理论。目标是扩大控制理论在工程上的应用范围，架起现代控制理论与工程应用之间的桥梁。三、导弹先进控制技术1.静不稳定导弹控制技术放宽稳定度设计能较大幅度提高导弹的机动性、飞行速度、飞行斜距，减少结构重量和翼展尺寸，是随控布局设计中的重要组成部分。引入静不稳定设计的另一个原因是大迎角空气动力特性的深入研究极大地促进了导弹大迎角飞行控制技术的研究和应用。在跨声速段导弹的静稳定与其飞行迎角有着十分密切的关系，随着迎角的增大，导弹可以从静稳定变化为静不稳定，所以在进行大迎角飞行导弹设计时无法回避静不稳定问题。导弹压心和重心之间的距离的负值，称为静稳定度。静稳定度的极性和大小表示了导弹呈静稳定还是不稳定，以及稳定度的大小。静稳定设计范围的设计边界不能定在静稳定度等于零的地方。根据经验，最小经稳定度为全弹长度的3%-4%，才能保证导弹在各种情况下，都能静稳定飞行。理论上，导弹允许静不稳定的范围是很宽的，但是有一个极限，对于正常式布局的导弹，他的放宽