新型導控器設計 ─ 針對具噴力控制系統之攔截飛彈及運載火箭

Novel Guidance Law and Autopilot Designs for Intercepting Missiles and Launch Rockets with TVC and DCS

鄭家豪(Chia-Hao Cheng)

指導教授 ： 傅立成

國立臺灣大學/電機資訊學院/電機工程學研究所/碩士(2004年)

https://doi.org/10.6342/NTU.2004.00583

摘要

自從人類的活動範圍開始由地表拓展到整個宇宙，飛行控制器的研究一直都是個重要的課題。我們將討論飛行器中的決策部分──導引法則和自動駕駛儀，而其中攔截飛彈和運載火箭則是我們想研究的對象。在這篇論文裡，我們提倡使用無翼面的飛行器使得受到空氣動力學的非線性效應的影響可以減到最少。我們提出一個具有推力向量控制(TVC)及側噴流控制(DCS)的強健自動駕駛儀系統，如此我們可以將飛行器的活動的範圍從大器層內延伸到沒有空氣的太空當中。此外，我們還提出兩種新的飛彈的導引法則和一種嶄新的火箭導引法則。其中飛彈導引法則使用了最佳控制理論、feedback linearization、以及Lyapunov分析，而火箭導引法則則利用了微分幾何學和滑動模式控制。當然，導引法則與自動駕駛儀整合系統的參數設計方法也被提出，並且用證明加以佐證。最後，我們做了各式各樣的模擬，且包含了空氣動力學的模型；而這些模擬則在在證實了飛彈與火箭的導引法則與自動駕駛儀整合系統的可行性。

關鍵字

導引法則 ； 運載火箭 ； 自動駕駛儀 ； 側噴流控制 ； 滑動模式 ； 最佳化理論 ； 推力向量控制 ； 微分幾何學 ； 李亞普諾夫 ； 攔截飛彈

並列摘要

The control of flight vehicles has been an important topic ever
since the range of activities of human beings was extended from
the earth to the universe. The decision part in an airframe:
guidance law (GL) and autopilot are being discussed, and the
intercepting missiles and launch rockets are the two plants we are interested in. In this thesis, we advocate a wingless airframe in order to reduce the nonlinear effect from the aerodynamics as much as possible. We propose a robust autopilot system based on thrust vector control (TVC) and divert control system (DCS) in order to extend the maneuvering range of an airframe from the place with aerodynamic influence to the place without. Besides, two new missile GLs and one original rocket GL are presented. The missile GLs utilize the optimal control theory, feedback linearization technique, and Lyapunov analysis, whereas the rocket GL employs the differential geometry and sliding mode control. In addition, the design methodology of parameters of the integrated guidance/autopilot (G/A) systems is suggested with technical proofs. Various simulations including aerodynamic model were finally demonstrated to verify the feasibility of the integrated G/A systems of missiles and rockets.

並列關鍵字

DCS ； Intercepting Missiles ； Autopilot ； Guidance Law ； Launch Rockets ； TVC ； Optimal Theory ； Sliding Mode ； Differential Geometry ； Lyapunov

參考文獻

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