Matlab 多管火箭定向器振动控制动力学建模(2)

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5.4 多管火箭瞬态响应仿真计算 37

5.5 本章小结 40

6 多管火箭定向器振动主动控制策略 41

6.1 压电堆致动器 41

6.2 多管火箭定向器振动控制动力学模型 42

6.3 状态反馈 PD控制律的设计 . 43

6.4 受控多管火箭定向器稳态响应仿真计算 .. 44

6.5 受控多管火箭定向器瞬态响应仿真计算 .. 49

6.6 本章小结 52

结论 ... 53

致谢 ... 54

.参考文献 . 55

附录A 符号约定 .. 58
1 绪论 1.1 研究背景和意义多管火箭作为突击武器，由于射速快、威力大、火力猛、射程远、机动性好、容易在短时间内形成大面积的火力密度等特点，目前已受到世界各国的青睐，在现代战争中的地位与作用日趋重要[1,2]。而射击精度差一直制约着多管火箭的作战性能，射击精度差的主要因素是多管火箭在发射过程中的起始扰动和武器系统固有的力学特性。风、质量偏心、动不平衡等随机因素无法控制，而多管火箭定向器振动是可以加以控制的。美国、俄罗斯、英国、意大利等国在普通火箭弹上添加制导元件，以提高多管火箭的发射精度，如俄罗斯对 PC30 火箭炮、美国对 M270火箭炮都采用了简易制导技术。但是简易制导火箭弹成本通常比无控火箭弹高许多倍，同时因实现制导的需要在火箭弹上安装了惯性导航器件和机械动力器件等一次性装置，这些装置占据了火箭弹的空间和质量，减少了战斗部装药而大大降低作战威力和杀伤力，且简易制导技术并不能从根本上解决多管火箭定向器振动引起的初始扰动。多管火箭是一种刚弹耦合多体动力学系统，刚度低、挠性结构、非线性已成为现代火箭武器发展的一个重要趋势。发射过程中多管火箭的各部分零件严格说都是非线性弹性体，武器系统动力学模型是非常复杂的含有火箭弹大范围运动的非线性弹性系统。这类系统动力学特性极其复杂，呈现为挠性、多体的高维多自由度非线性动力学系统，具有挠性大、文献综述刚度低、弱阻尼、频率低和模态密集的特点[3]，这些动力学特性对多管火箭武器的动力学建模提出了严峻挑战。另外，这种大挠性、低阻尼的结构一旦遇到外界干扰就会引起振动，特别是弹炮间隙和燃气流冲击力的作用，会引起多管火箭定向器的振动，增大火箭弹起始扰动，严重影响多管火箭的射击精度。因此，多管火箭定向器的振动控制问题的研究日益成为多管火箭武器研究领域的重要课题。无控多管火箭射击精度普遍低于火炮精度，实验表明如果能对多管火箭定向器加以控制，多管火箭武器的射击精度将会大大提高。如果在多管火箭炮上加装控制模块来控制火箭弹起始扰动，就可以在达到与简易控制火箭弹相近密度的前提下，大幅度降低武器成本[2]。本论文基于多体系统传递矩阵法，建立多管火箭发射系统动力学模型，推导主要控制元件的传递方程和传递矩阵，为多管火箭振动控制方法设计提供理论支撑；另外开展多管火箭定向器动力学建模与振动控制的研究，对于降低多管火箭定向器振动对其动态性能的影响，提高多管火箭在发射过程中的射击精度具有现实的工程意义，为多管火箭定向器系统总体设计打下基础。
1.2 研究现状及分析多刚柔体系统动力学模型是当前兵器、航天器、机器人、机械车辆等领域应用最广泛、最重要、最实用的物理模型之一，多刚柔体结构的动力学特点是挠性大、非线性、刚度低，阻尼小。在火箭弹从开始运动到完全离开定向管这一过程中很容易激起定向器挠性结构的振动，理论与实验证明，多管火箭振动特性对其动态性能和射击精度的影响非常大，从而要求控制系统能有效控制挠性结构的振动[2]。针对多管火箭定向器动力学和多刚柔体系统振动的抑制问题，对国内外的研究现状和发展情况进行了综述。