旋转弹箭稳定性分析及控制算法研究

Analysis for the coupled motion of the spinning missile and rocket is used as the starting point in this project. By means of building the dynamics model for the spinning missile and rocket including inertia coupling, aerodynamic coupling, control coupling and so on, the stability conditions for the design of control system will be derived, the stability analysis will be developed, and the mechanism of action for coupling characteristics on the coning motion for spinning missile and rocket with control will be revealed, at the same time, the effects of system parameters on the design stable field of the control parameters will be made clear. Then the effective active-control methods for the coning motion will be put forward, which can be applied to resolve the problem of control coupling when the pitching and yawing of the spinning missile and rocket are concurred. Above studies can be used to direct the control system design for spinning missile and rocket.

本项目以旋转弹箭耦合运动分析为出发点，通过建立包含惯性耦合、气动耦合以及控制耦合等多种耦合因素的旋转弹箭动力学模型，推导控制系统设计稳定性条件，开展稳定性分析，揭示耦合特性对有控旋转弹箭锥形运动的作用机理，阐明各系统参数对控制参数设计稳定域的影响，提出行之有效的锥形运动主动控制方法，解决旋转弹箭俯仰和偏航运动的控制耦合问题，为旋转弹箭控制系统设计提供指导。

旋转体制在制导控制条件下可省掉滚转控制回路，简化控制系统组成，因而为众多弹箭类武器系统所采用，但是旋转将引起飞行器控制系统俯仰和偏航通道之间的耦合，而这种耦合可能会导致弹体出现不收敛圆锥运动的动不稳定性问题。本课题深入研究了惯性耦合、气动耦合、控制耦合等因素对锥形运动的作用机理，从理论上对由于旋转引起的交叉耦合作用进行了阐释，进而得到了系统的控制稳定性条件，提高了控制系统的稳定域，并对控制稳定性的影响因素进行了理论分析，最后，提出了有效、可行的旋转弹箭锥形运动主动控制方法，包括：有控旋转弹箭的补偿解耦算法、有控旋转弹箭的鲁棒解耦算法、有控旋转弹箭的自适应解耦算法，解决了其俯仰和偏航运动的控制耦合问题。论文的研究成果可以指导有控旋转弹箭的总体设计和控制分系统设计，同时可以为不同复杂程度的旋转弹箭解耦控制系统设计提供参考。