● 摘要
现代防空导弹通常采用大长径比设计，因此其弹性频率较低。而在采用摆动喷管控制时，喷管惯性力/力矩成为弹体弹性模态的激振源。这种振颤通常会影响传感器测量刚体运动信号，从而影响控制系统。加之这类导弹采用了静不稳定的气动布局设计，弹性信号更易使这种高增益控制系统失稳，甚至引发伺服弹性振颤。为了完成摆动喷管作用下弹性静不稳定弹体的控制器设计，本文主要研究了下面几方面内容：首先，建立了摆动喷管的控制模型，分析其产生的控制力/力矩以及摆动过程的惯性力/力矩。建立了考虑弹体弹性变形下的姿态运动方程，并作简化分析。此外结合欧拉-伯努利梁的假设，完成了弹体弹性模态的建模，求得模态特征参数。在此基础上，分析了弹性变形对测量的影响，给出了测量输出信号的数学表达式，并得出传感器安放位置对测量的影响。其次，完成了静不稳定弹体的控制分析，主要针对摆动执行机构带宽有限的特点，分析了不同控制方法对静不稳定弹体的增稳能力。结合最优设计思想完成了典型控制器回路的参数整定。在此基础上，将弹性模态当作扰动加入，分析了不同弹性频率对控制系统的影响。为了能稳定控制低弹性频率弹体，设计了自适应噪声抑制滤波环节，以此代替传统陷波器以增加系统适应性。此外，结合主动抑制思想与加入弹性模态的状态方程，通过状态观测器+最优反馈设计完成了弹体弹性模态的直接抑制。最后，针对该种尾部推力控制的弹体，分析了过载控制时非最小相位特性对控制系统的影响。为了克服传统过载跟踪系统响应速度慢及鲁棒性差的问题，论文提出了一种先进的过载滑模控制方法，通过合理设计的积分滑模面，保证了系统李氏稳定性，并采用一阶连续的饱和函数代替非线性环节，改善输出抖振。仿真结果表明上述设计改善了系统响应速度，提高了其对弹性及干扰的适应能力，且使系统具有了较好的鲁棒性。