题目：基于LQR理论的新一代导弹自动驾驶仪设计方法研究

LQR理论是一种比较成熟并在工程中被广泛应用的控制方法。论文主要的研究方法是LQR的两种衍生方法，最优/经典综合法和SDRE方法，并将它们应用到两种新一代导弹自动驾驶仪设计研究中，分别是BTT导弹和直接力/气动力复合控制导弹。 首先，应用LQR理论系统地推导出经典结构的自动驾驶仪，包括两回路结构和十种三回路结构，并对其性能和鲁棒性进行了对比分析。 针对BTT导弹设计了两种自动驾驶仪，一是三回路经典自动驾驶仪，一是SDRE非线性自动驾驶仪。首先，建立了BTT导弹六自由度的动力学模型。设计经典形式自动驾驶仪时，先忽略通道间的耦合，应用最优/经典综合法设计三通道独立的自动驾驶仪；之后，扩展最优/经典综合法用于多输入多输出系统，考虑通道间的耦合，基于俯仰/偏航混合模型重新设计。定点仿真校验了两种自动驾驶仪均具有良好的跟踪性能，对比发现，设计过程考虑耦合后自动驾驶仪的协调性略有提高，即发生滚转时侧滑角的响应幅值更小。应用SDRE方法设计非线性BTT自动驾驶仪时，先提出了两种SDRE应用于跟踪问题的方法，一是模型变换方法，一是稳态误差增益矩阵方法。之后，分别应用它们设计了比例形式非线性BTT自动驾驶仪；为避免初始点舵偏角变化率过大，进一步提出了比例积分形式的SDRE自动驾驶仪结构。定点仿真表明，基于非线性模型直接设计的SDRE自动驾驶仪比两种经典形式自动驾驶仪协调性更佳。最后，通过BTT/STT混合控制拦截仿真校验了非线性自动驾驶仪的性能。整个仿真研究还表明滚转通道的响应速度是影响BTT导弹协调性的重要因素，降低滚转通道响应速度可有效地提高系统协调性。 针对直接力/气动力复合控制导弹，为解决混杂系统控制问题和冗余作动器控制分配问题，引入虚拟力和虚拟力矩，将复合控制自动驾驶仪分为控制器和控制分配两部分。基于以虚拟控制量为输入的连续模型，应用最优/经典综合法设计了两回路结构的控制器；控制分配则应用二次规划算法获得与虚拟控制量等价的作动器指令值。基于该复合控制自动驾驶仪，对其输出反馈形式进行了分析，发现以实际加速度作为反馈，将直接力视为离散输入时，系统的跟踪快速性与稳定性之间矛盾严重，应用攻角产生的加速度作为反馈可以缓和该矛盾，使系统具有更好的跟踪性能。考虑到直接力/气动力复合控制导弹有严重的喷流干扰现象，改用μ综合方法设计控制器，仿真表明μ综合鲁棒控制器与控制分配组成的复合控制自动驾驶仪具有明显的鲁棒优越性。比较两种自动驾驶仪，针对名义系统仿真，μ综合鲁棒自动驾驶仪的跟踪性能不如最优/经典综合法得到的经典形式自动驾驶仪，但针对不确定系统，前者具有更好的鲁棒性。 针对直接力/气动力复合控制导弹，提出了导引/控制一体化控制器的初步设计方案。将三维空间运动的一体化模型建立在弹体坐标系中，之后应用SDRE方法设计出了比例形式的非线性控制器。为避免初始时求得的控制量过大，在控制器之前加入指令生成器，以产生变化缓慢的指令值。仿真结果表明系统跟踪性能良好，并能有效地拦截螺旋机动目标。