亚音速导弹的建模与控制用于空空拦截

亚音速导弹在现代空空作战场景中发挥着重要作用——被F-35闪电II型战机采用——但需要复杂的制导、导航与控制（GNC）系统，以实现30G加速度的机动来成功拦截。必须解决对这种动态系统进行数学建模和控制的挑战，抑制高频噪声，并补偿执行器延迟。本文旨在研究拦截所需的控制系统。它还利用文献和先前研究提出了一种亚音速设计，建议了空气动力学导数，并分析了设计的二维简化俯仰自动驾驶控制系统的响应性能。俯仰自动驾驶模型包含一个优化的PID控制器、二阶执行器、超前补偿器和卡尔曼滤波器，可抑制飞行过程中预期的时变干扰和高频噪声。仿真结果证实了所提方法的有效性，通过减少上升时间（21%）、调节时间（10%），并凸显了其在补偿器集成方面的高频缺陷。100ms的执行器延迟已被增强补偿器自动驾驶控制器抵消，使其超过了系统性能要求（1）和（3）。然而，（2）未得到满足，因为存在370%的超调量。该研究确认了超前补偿器在导弹GNC系统中的重要性，并通过特定配置推进了控制设计应用。未来研究应基于所呈现的方法和模型，构建并测试拦截场景。