● 摘要
导弹的制导与控制系统是导弹实现精确打击目标的关键所在。经典的制导控制设计是基于频谱分离的假设，分别对制导和控制系统进行单独设计。为了提高导弹的攻击效果，充分利用制导系统和控制系统的耦合关系，近年来，许多学者纷纷进行制导控制一体化设计研究。本文以STT导弹为设计对象，研究考虑自动驾驶仪二阶延迟特性的带攻击角度约束的制导律设计和三维导弹制导控制一体化建模，设计与仿真问题。主要包括以下内容：
首先，根据导弹飞行力学，建立导弹与目标的动力学模型，导弹与目标相对运动模型，搭建了一个STT导弹六自由度非线性数字仿真模型。根据视线坐标系下弹目相对运动方程，建立了考虑自动驾驶仪二阶延迟特性的平面制导律设计模型。基于描述矢量绝对变化率与相对变化率之间关系的哥氏定理，考虑三通道耦合，构建了一个三维制导控制一体化设计模型。这些模型是下一步控制器设计与仿真的基础。
其次，针对打击机动目标的情况，研究了带攻击角度约束的导弹制导与控制问题。在俯仰平面设计了考虑自动驾驶仪延迟特性的制导律，通过在标准的动态面中加入非奇异终端滑模，设计了一种终端滑模动态面控制器。设计的控制器可以使视线角在有限时间内收敛至设计要求的视线角，对设计的控制器进行了稳定性证明，并且利用数值仿真对设计的制导律进行了算法验证。
然后，本文根据哥氏定理建立了一个全状态耦合的三维制导控制一体 化非线性设计模型，该模型充分考虑了俯仰、偏航与滚转三个通道间的耦合，使得模型的适用性大大增强。由于模型中存在着非匹配不确定项和非线性，因此采用非线性干扰观测器对模型中的参数摄动和外部干扰进行估计补偿，利用动态面控制方法设计了一个鲁棒控制器。并且利用李雅普诺夫定理证明了该控制器是一致稳定的。最终将设计的控制器在导弹六自由度仿真模型上进行了仿真验证。
最后，对于地面固定目标，为了提高导弹战斗部的毁伤效果，希望导弹可以垂直击中目标。鉴于三维制导控制一体化模型存在着较强的非线性，设计了一种自适应终端滑模动态面控制器。并且对设计的控制器的稳定性进行了证明分析。仿真结果表明，该控制器能够在末制导阶段以-90°的攻击角度击中地面目标。