[發(fā)明專(zhuān)利]一種基于纜繩操縱吊艙的囊體姿態(tài)控制回路和方法

有效

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 202110055818.3
• 申請(qǐng)日: 2021-01-15
• 公開(kāi)（公告）號(hào): CN112925336B
• 公開(kāi)（公告）日: 2022-11-22
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 鄭勇斌;張慶兵;曹廷旭;王曉東;王蒙一;范伯鈞
• 申請(qǐng)（專(zhuān)利權(quán)）人: 北京電子工程總體研究所
• 主分類(lèi)號(hào): G05D1/08
• 分類(lèi)號(hào): G05D1/08
• 代理公司: 北京正理專(zhuān)利代理有限公司 11257
• 代理人: 張麗

本發(fā)明的實(shí)施例公開(kāi)一種基于纜繩操縱吊艙的囊體姿態(tài)控制回路和方法，所述回路包括：指令發(fā)生器、控制器、校正器、纜繩操縱機(jī)構(gòu)、囊體和吊艙、速率陀螺和位置陀螺；其中，所述控制器用于將指令發(fā)生器生成的姿態(tài)角指令和位置陀螺輸出的姿態(tài)角信號(hào)進(jìn)行比較，得到偏差信號(hào)，對(duì)所述偏差信號(hào)進(jìn)行飽和限幅，控制輸出所述速率陀螺輸出的囊體的角速度信號(hào)與微分控制參數(shù)K_D相乘后的信號(hào)、比例控制參數(shù)K_P與所述偏差信號(hào)飽和限幅后輸出信號(hào)乘積；所述校正器用于輸出纜繩操縱長(zhǎng)度指令；所述纜繩操縱機(jī)構(gòu)控制纜繩長(zhǎng)度變化改變吊艙相對(duì)囊體移動(dòng)距離，實(shí)現(xiàn)對(duì)囊體的姿態(tài)控制。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及囊體姿態(tài)控制領(lǐng)域。更具體地，涉及一種基于纜繩操縱吊艙的囊體姿態(tài)控制回路和方法。

背景技術(shù)

近些年臨近空間飛行器的戰(zhàn)略地位越來(lái)越受重視，對(duì)臨近空間飛艇的應(yīng)用需求也越來(lái)越迫切。飛艇的囊體姿態(tài)控制一般通過(guò)內(nèi)部布置多個(gè)分布式超壓氣囊，通過(guò)風(fēng)機(jī)充放氣改變質(zhì)量分布實(shí)現(xiàn)姿態(tài)變化，這種方式難以開(kāi)展建模進(jìn)行姿態(tài)控制設(shè)計(jì)，而且姿態(tài)控制力矩有限，系統(tǒng)滯后大響應(yīng)超慢。

發(fā)明內(nèi)容

有鑒于此，本發(fā)明的第一個(gè)實(shí)施例提供一種基于纜繩操縱吊艙的囊體姿態(tài)控制回路，包括：指令發(fā)生器、控制器、校正器、纜繩操縱機(jī)構(gòu)、囊體和吊艙、速率陀螺和位置陀螺；其中，

所述指令發(fā)生器用于生成姿態(tài)角指令；

所述位置陀螺用于測(cè)量并輸出囊體的姿態(tài)角信號(hào)；

所述速率陀螺用于測(cè)量并輸出囊體的角速度信號(hào)；

所述控制器用于將所述姿態(tài)角指令和所述姿態(tài)角信號(hào)進(jìn)行比較，得到偏差信號(hào)，對(duì)所述偏差信號(hào)進(jìn)行飽和限幅，輸出所述角速度信號(hào)與微分控制參數(shù)K_D的乘積、比例控制參數(shù)K_P與所述偏差信號(hào)飽和限幅后的信號(hào)乘積，發(fā)送給校正器；

所述校正器用于輸出纜繩操縱長(zhǎng)度指令給纜繩操縱機(jī)構(gòu)；所述纜繩操縱機(jī)構(gòu)確定纜繩操縱長(zhǎng)度至吊艙移動(dòng)距離映射，并據(jù)此控制纜繩長(zhǎng)度變化改變吊艙相對(duì)囊體移動(dòng)距離，實(shí)現(xiàn)對(duì)囊體的姿態(tài)控制。

在一個(gè)具體實(shí)施例中，所述纜繩操縱機(jī)構(gòu)的傳遞函數(shù)為

式中，K_s為纜繩操縱長(zhǎng)度至吊艙移動(dòng)距離映射系數(shù)，由所述囊體和吊艙纜繩吊點(diǎn)位置確定；T_s是時(shí)間常數(shù)；ξ_s是阻尼系數(shù)。

在一個(gè)具體實(shí)施例中，囊體和吊艙的俯仰角傳遞函數(shù)為

式中，a₁是氣動(dòng)阻尼力矩系數(shù)，a₂是氣動(dòng)力矩系數(shù)，a₃是吊艙通過(guò)繩索產(chǎn)生控制力矩系數(shù)，a₄是氣動(dòng)力引起的彈道傾角變化，a₆是重力、浮力引起的彈道傾角變化。

在一個(gè)具體實(shí)施例中，所述控制器飽對(duì)偏差信號(hào)進(jìn)行飽和限幅后的輸出表示為

式中，Δ₁為偏差信號(hào)，σ₁為飽和限幅參數(shù)。

在一個(gè)具體實(shí)施例中，所述校正器的傳遞函數(shù)為

式中，T₁、T₂、T₃是校正器的時(shí)間常數(shù)，ξ₃是校正器的阻尼系數(shù)。

本發(fā)明第二個(gè)實(shí)施例提供一種基于纜繩操縱吊艙的囊體姿態(tài)控制方法，包括：

指令發(fā)生器生成姿態(tài)角指令；

位置陀螺測(cè)量并輸出囊體的姿態(tài)角信號(hào)；