[發明專利]一種面向彈體顫振抑制的組合控制器設計方法

有效

• 申請號: 202010052768.9
• 申請日: 2020-01-17
• 公開（公告）號: CN111306995B
• 公開（公告）日: 2022-07-01
• 發明（設計）人: 智永鋒
• 申請（專利權）人: 西安智芯通達科技有限公司
• 主分類號: G06F30/20
• 分類號: G06F30/20
• 代理公司: 北京三聚陽光知識產權代理有限公司 11250
• 代理人: 李紅團

本發明涉及一種面向彈體顫振抑制的組合控制器設計方法，將彈體模型解耦為剛體子系統和彈性子系統，針對剛體子系統使用H∞控制，針對彈性子系統部分分別設計了L1自適應算法控制，然后重組為主動減振控制器，對彈體進行顫振抑制。

技術領域

本發明屬于導彈主動顫振抑制方法，將導彈簡化為兩端自由梁結構建立彈體模型，提出將模型解耦為剛體和彈性體，并且分別設計控制器，在組合為顫振抑制器對彈體進行減振，相比傳統方法，顫振抑制效果改善很多。

背景技術

在當前世界新軍事變革的強力推動下，作為精確打擊實現的重要手段，導彈武器在近幾年的幾場典型的高技術戰爭中得到了越來越廣泛的應用，已經成為現代信息化戰爭的主戰武器之一，各軍事強國都明確將發展導彈武器列入國家軍事重點發展戰略。

為了提高飛行速度，增大射程，導彈設計傾向于增加彈體長度，同時為了提高有效載荷而減小導彈的結構質量，致使導彈長徑比越來越大。大長徑比是未來導彈發展的重要趨勢，這使得在研究此類導彈的發射動力學以及相應的外彈道理論時就自然涉及到一些新的問題,如隨著長徑比的增加，導彈的抗彎剛度和橫向振動的固有頻率降低,不僅在發射過程中會產生橫向彎曲振動，以及由此所引起的對起始擾動的影響也變得不容忽視，而且，更為重要的是，在導彈飛行過程中由于受到外力作用，導彈會發生彎曲變形運動，此時必須考慮其彈性效應。本文定義這類大長徑比、彈性特征明顯的導彈為彈性體導彈。

事實上，無論在發射時還是在飛行中，導彈所受載荷是隨時間變化的波動載荷，導彈總會產生振動，只是在彈體長徑比較小時，這種影響可以忽略而已。高速飛行的彈性體導彈，由于受到各種橫向載荷作用，或者操縱氣動控制面執行俯仰或偏航指令時，彈體會產生明顯的彈性彎曲振動。彈身的振動將給整個導彈系統帶來一系列影響，如導致導彈所攜帶儀器的工作精度下降、影響控制系統的控制精度，影響發射特性、飛行特性以及射擊精度等等。這些影響疊加在一起最終會影響到導彈的技術戰術性能甚至嚴重時會直接導致彈體的損毀，國內外均發生過這類事故。因此，彈性體導彈的橫向減振問題已經成了必須要解決的問題。

發明內容

要解決的技術問題

為了有效抑制導彈彈體的顫振，本發明將彈體模型解耦為剛體子系統和彈性子系統，針對剛體子系統使用H∞控制，針對彈性子系統部分分別設計了L1自適應算法控制，然后重組為主動減振控制器，對彈體進行顫振抑制。

技術方案

一種面向彈體顫振抑制的組合控制器設計方法，其特征在于步驟如下：

步驟1：建立彈性體導彈縱向擾動運動數學模型：

式中，I_zz為恢復動力系數，攻角與俯仰力矩之間的比例系數，為彈性形變與俯仰力矩之間的比例系數，為升降舵偏角與俯仰力矩之間的比例系數，α為導彈攻角，ω為彈性變形量，δ_z為升降舵偏角，M_zd為縱向氣動力矩，m為單位長度彈體質量，g為重力加速度，V為來流速度，θ為彈道傾角，為俯仰角，P為發動機推力，Y為升力，F_yd為法向氣動力；

步驟2：將彈體的縱向擾動運動數學模型寫為狀態空間模型：

式中，為狀態向量，ω為彈體彈性變形量、α為導彈攻角、為彈體俯仰角、q^T為一階振動模態、二階振動模態，A是5×5系統矩陣，B是5×2控制矩陣，u為控制器，其中，u₁為舵偏角，u₂為彈體作動力。

步驟3：針對步驟2中得到的彈性體導彈運動模型，解耦為剛體部分和彈性體部分的組合形式：

式中，下標為r表示為剛體子系統部分，下標為q表示為彈性子系統部分，下標為rq或者qr為耦合部分；