[發明專利]一種用于半捷聯制導導彈的一體化控制方法

有效

• 申請號: 201610364808.7
• 申請日: 2016-05-27
• 公開（公告）號: CN105865272B
• 公開（公告）日: 2018-03-23
• 發明（設計）人: 易科;陳建;任章;李清東;晏濤;賈曉洪;吳軍彪;周衛文
• 申請（專利權）人: 北京航空航天大學;中國空空導彈研究院;中國航空工業集團公司
• 主分類號: F42B15/01
• 分類號: F42B15/01
• 代理公司: 北京永創新實專利事務所11121
• 代理人: 趙文穎

技術領域

本發明屬于武器技術、導引頭技術、控制方法領域，涉及空空導彈控制系統設計研究，具體涉及一種半捷聯制導導彈的一體化控制方法。

背景技術

導引頭穩定跟蹤控制是半捷聯導引頭控制的核心技術，為了研究半捷聯穩定跟蹤算法，需要了解彈體與伺服框架的動力學、運動學關系，并對半捷聯姿態算法進行深入研究。傳統的半捷聯導引頭穩定控制系統和彈體姿態控制系統設計，為便于分析考察各個分系統的性能，通常將導引頭穩定跟蹤控制系統、彈體姿態控制系統作為兩個獨立的部分，割裂開來分別進行研究，采用的是兩回路獨立設計思想。在這種分離設計思想下，通常都假設半捷聯穩定控制系統與彈體姿態控制系統是可解耦的，這樣就可以把問題分解為對兩個低階子系統的設計，大大降低了設計難度。

實際上，半捷聯導引頭的特殊結構使得彈體與導引頭穩定平臺框架之間耦合嚴重。當目標進行大機動時，對于依靠氣動舵來實現法向過載控制的半捷聯成像導彈而言，導彈需要大的姿態調整以獲得大的過載來應對目標的大機動。如果半捷聯導引頭穩定跟蹤控制系統的響應不夠及時，導彈姿態調整在半捷聯體制下可能會導致目標脫離導引頭視場，尤其在制導末段隨著彈目相對距離的接近，這種現象更為嚴重。這主要是由于寄生回路的存在，使得導引頭穩定跟蹤控制回路和彈體姿態控制回路產生嚴重耦合。因此，半捷聯紅外成像制導系統要實現對目標的穩定跟蹤，需要通過半捷聯導引頭穩定跟蹤控制系統和彈體姿態控制系統共同協調控制來實現，才能從根本上解決半捷聯導引頭的工程應用問題。

發明內容

本發明的目的是為了解決上述問題，采用了一體化設計方案，通過建立半捷聯導引頭與彈體姿態控制一體化模型，使用非線性動態逆控制技術，達到了兩個分系統之間的協調控制效果，具有彈體姿態響應速度快、導引頭跟蹤誤差小等優勢，對半捷聯導彈控制系統的工程設計具有指導性意義。

本發明的一種用于半捷聯制導導彈的一體化控制方法，分以下步驟：

步驟1：建立導引頭穩定跟蹤與彈體姿態控制一體化數學模型，包括彈體姿態運動學模型、框架運動學模型、角跟蹤系統模型、一體化數學模型；

步驟2：設計一體化控制器構型；

步驟3：基于非線性動態逆的控制器設計。

本發明通過以上三個步驟，即首先建立一體化模型，然后在此基礎上設計基于內外環的一體化控制器構型，最后分別設計內外環控制回路的非線性動態逆控制律。最終解決導引頭穩定跟蹤控制回路與彈體姿態控制回路之間的耦合問題，提高了半捷聯制導導彈的控制效果。

本發明的優點在于：

(1)通過分析了導引頭穩定跟蹤控制回路與彈體姿態控制回路之間的耦合關系，在這基礎上建立了導引頭穩定跟蹤與彈體姿態控制一體化數學模型，為后續一體化控制器設計提供了數學模型與理論基礎；

(2)根據一體化模型，設計的基于內外環的一體化控制構型，解決了控制回路之間的耦合問題，降低了控制系統設計的保守性，提高了系統的綜合性能；

(3)采用動態逆控制理論設計的控制律，該控制律能夠保證導引頭穩定跟蹤與彈體姿態一體化模型的快速性、收斂性與穩定性。

附圖說明

圖1為本發明的方法流程圖；

圖2為彈體坐標系與探測坐標系之間的關系圖；

圖3為半捷聯導引頭光軸指向空間幾何關系圖；

圖4為雙回路非線性動態逆一體化控制器框圖；

圖5為非線性動態逆控制流程示意圖；

圖6為α、β、γ_v的跟蹤誤差圖；

圖7為實際舵偏角圖；

圖8為實際失調角圖；

圖9為實際框架角速度意圖；

圖10為實際框架角圖。

具體實施方式

下面將結合附圖和實施例對本發明作進一步的詳細說明。

本發明采用了一體化設計方法，通過建立半捷聯導引頭與彈體姿態控制一體化模型，使用非線性動態逆控制技術，達到了兩個分系統之間的協調控制效果，具有彈體姿態響應速度快、導引頭跟蹤誤差小等優勢，對半捷聯導彈控制系統的工程設計具有指導性意義。

本發明是一種用于半捷聯制導導彈的一體化控制方法，流程如圖1所示，包括以下幾個步驟：

步驟1：建立導引頭穩定跟蹤與彈體姿態控制一體化數學模型，包括彈體姿態運動學模型、框架運動學模型、角跟蹤系統模型、一體化數學模型。

(1)彈體姿態運動學模型