不确定多管火箭多体系统动力学控制机理、方法及实验研究

As one of main weapons, Multiple Launch Rocket System (MLRS) has been paid great and wide attention by every powerful country, which can be regarded as complex multibody systems with uncertain parameters articulated by the rigid bodies, flexible bodies, and control elements with various ways. Dynamics control principle, design method and experiment of multibody MLRS are the key to get high firing precision of MLRS. In order to solve the problem that dynamics calculations is not enough quick to achieve the dynamics control design method of the complex multibody MLRS with uncertain parameters, combining with Monte Carlo simulation, a stochastic controlled transfer matrix method for multibody MLRS will be developed, which can avoid establishing the global dynamics equations of the system and the overall transfer equation automatically by handwrite or by computer. The rapid computation and rapid control design of dynamics with uncertain parameters will be realized. The dynamics control performance of the MLRS will be improved. In order to solve the problem that control law for the complex multibody MLRS with uncertain parameters is to complex to achieve good control effect in engineering, a stochastic independent modal space control strategy combining with transfer matrix method for multibody system is designed, and the primary experiment will be studied, and the active vibration control of complex multibody MLRS with uncertain parameters is realized. The basis problem for improving the firing precision of MLRS will be solved by this research, and a new method to realize the dynamics control design of MLRS will be provided.

作为现代主战武器之一的多管火箭受到世界各军事强国的广泛重视，是由刚体、柔体和控制元件等以各种方式铰接而成的含随机参数的复杂受控多体系统。多管火箭多体系统动力学控制机理、设计方法与实验是获得多管火箭高射击精度的关键。 本项目针对含随机参数的多管火箭系统动力学计算速度慢导致动力学控制设计方法难以实现的问题，结合蒙特卡洛方法，建立随机受控多管火箭多体系统传递矩阵法，使多管火箭系统动力学分析无需系统总体动力学方程和总传递方程自动建立，实现含随机参数的受控多管火箭系统振动和动力学快速计算和控制律高效设计，提高多管火箭系统动力学控制性能；针对含随机参数的复杂受控多管火箭动力学控制规律难以工程实现的问题，建立随机多体系统传递矩阵法独立模态空间控制方法，并进行初步的实验研究，实现含随机参数的多管火箭多体系统的高效振动控制。为多管火箭动力学控制设计提供新的方法和手段，解决提高多管火箭射击精度的基础问题。

本项目建立了多管火箭多体系统传递矩阵法，使多管火箭系统动力学分析无需系统总体动力学方程和总传递方程自动建立，实现了含随机参数的受控多管火箭系统振动和动力学快速计算和控制律高效设计，提高了多管火箭系统动力学控制性能；建立了多管火箭变射序和变射击间隔优化设计方法、独立模态振动控制设计方法和脉冲推力器控制方法，实现了多管火箭发射装置振动的被动与主动控制，达到了控制火箭弹起始扰动和提高多管火箭射击密集度和射击精度的目的；针对实际过程中多管火箭系统存在参数和未建模不确定性问题，提出了一种集成径向基函数神经网络和计算力矩法的多管火箭不确定控制器，基于Lyapunov稳定性理论引入径向基函数神经网络以估计系统的不确定项，从数学上给出了控制系统的稳定性和参数估计的收敛性证明，数值仿真结果证明了所提出的控制器的有效性和对不确定性良好的鲁棒性；首次成功进行了应用脉冲推力器控制多管火箭发射装置振动角速度以提高多管火箭射击密集度和射击精度的工程实践。研究成果为多管火箭动力学控制设计提供了新的方法和手段，解决了提高多管火箭射击精度的基础问题。由Wiley出版社出版英文专著《Transfer Matrix Method for Multibosy Systems: Theory and Applications》1部，发表学术论文26篇，授权发明专利6项，申请发明专利6项。