《高超聲速質量矩飛彈布局/控制一體化技術研究》是依託哈爾濱工業大學，由高長生擔任項目負責人的青年科學基金項目。
基本介紹
- 中文名：高超聲速質量矩飛彈布局/控制一體化技術研究
- 依託單位：哈爾濱工業大學
- 項目類別：青年科學基金項目
- 項目負責人：高長生
項目摘要,結題摘要,
項目摘要
本項目研究如何提高質量矩飛彈控制性能的問題。由於活動質量塊在彈體內頻繁運動，飛彈姿態／活動質量塊動力學模型屬於典型的快時變多體系統，大量耦合因素嚴重地影響了系統的動態品質，給控制器設計帶來了極大的困難；此外，該技術是通過調整質心指向壓心的力臂來控制飛彈機動飛行的，由於質量塊運動引起的系統質心變化範圍不大，所以壓心不確定性明顯地制約著系統的控制能力。.單純依靠控制律設計很難解決上述問題，為此，課題組提出了布局/控制一體化的解決思路。通過布局最佳化來改善系統動態品質，在此基礎上設計魯棒控制律進行補償。具體而言：在對俄羅斯白楊M飛彈再入機動技術分析的基礎上，給出課題組所關心的質量矩飛彈初步輪廓；採用矢量力學方法建立飛彈姿態/活動質量塊耦合動力學模型；基於多學科設計最佳化方法最佳化彈體結構、氣動子系統；運用魯棒自適應控制理論設計姿態/活動質量塊組合控制律。預期成果將為我國質量矩飛彈的研製提供理論儲備。
結題摘要
本項目從布局/控制一體化的角度研究如何提高質量矩飛彈控制性能的問題：通過布局最佳化來改善系統動態品質，在此基礎上設計魯棒控制律進行補償。對於傾斜穩定彈動力學與布局問題進行了研究：（1）建立了三滑塊作用下飛彈動力學模型，對比分析了橫向通道操縱力矩、擾動力矩影響系統的能力；（2）研究了徑向滑塊作用下飛彈滾轉通道動力學問題；（3）建立了壓心測量誤差情況下氣動穩定力矩表達式，通過布局最佳化研究了如何降低壓心不確定性對系統性能的影響。自旋彈動力學與控制問題較為複雜。課題組研究了滑塊做正弦運動情況下自旋彈動力學問題。推導了滑塊慣性力、哥氏力的等效力矩形式，在滑塊與彈旋等頻運動情況下，指出了該等效力矩不為零，它們與馬格努斯力矩等側向力矩共同作用下，使飛彈產生了錐形運動。最佳化設計滑塊總體參數、設計滑塊運動規律可以從一定程度上消除錐形運動的影響，課題組在該方面開展了研究工作。在姿態控制方面，課題組分別採用了自適應反演控制律和滑模變結構控制律。(1)基於反演技術研究了雙滑塊質量矩飛彈俯仰、偏航通道跟蹤控制問題；針對反演法存在計算膨脹這一問題，設計了滑模濾波器來估計虛擬控制量的導數；針對反演法給出的增益係數無法保證滿意的性能指標這一問題，採用遺傳算法最佳化控制器參數。(2)基於自適應滑模控制設計了變質心再入飛行器雙通道姿態控制器，包括姿態跟蹤控制迴路、活動質量體位置伺服控制迴路兩部分。依託本課題，已完成博士後報告1份，博士論文1份，碩士論文1份；在核心級以上刊物上已發表論文11篇，另外有2篇外文、2篇中文稿件在審。上述成果將為我國質量矩飛彈的研製提供理論儲備。
