飞行器实现大空域机动的组合过载控制方法

摘要

本发明公开了一种飞行器实现大空域机动的组合过载控制方法，采用惯导的线加速度计和角速度计的组合量作为控制量，通过数学方程的重构，解决了过载控制非最小相位系统的技术难点，完全实现了飞行全程攻角和侧滑角的渐近稳定，适用于超音速飞行器实现大空域变轨、小空域非平面机动的飞行控制，本发明的组合过载控制方法结构直观，设计简单，完全满足工程应用。

主权项

1.一种飞行器实现大空域机动的组合过载控制方法，其特征是包括以下步骤：步骤1：组合过载控制的设计条件已知俯仰动力学模型是：（1）和舵机方程：（2）式中，为攻角，为俯仰角速度，为俯仰舵偏角，为舵系统的带宽，为控制输入信号，为法向过载，为飞行速度，为重力加速度，、、、和为导弹的动力系数，采用飞行器的惯导提供的角速度信号和线加速度信号组成一个误差组合输出量：（3）把方程（1）、（2）重构为：（4）该重构模型的阶次是，对输出的相对度为，则第1式为精确线性化部分，而第2式为零动态部分，设计的，在重构过程中，得到的方程（3）、（4）中的各个符号计算公式是：（5）（6）（7）（8）（9）(10)再采用滑模变结构方法进行的稳定设计：取切换函数为：（11）设计变结构控制律：（12）其中：为符号函数，柔化系数为：（13）其中：和为两个待设计的正常数，为滑模变结构控制的设计参数，必须满足滑模可达条件：（14）和滑模存在条件：（15）步骤2：俯仰通道和航向通道稳定回路的控制设计：由惯导系统中的线加速度传感器和角速度传感器测量弹体的法向加速度和角速度信号，送入控制器，根据方程（11）、（12）形成控制信号送给舵机，产生舵偏角信号，控制弹体作相应的运动；其中，六个稳定回路设计参数，，，，和可以应用步骤1中的(3）-(15)式分别初步确定；步骤3：俯仰通道和航向通道稳定回路的参数设计：在飞行器飞行轨迹的全程选取10－12个特征点，对每个特征点进行时域分析和频域分析，使由步骤2设计的六个稳定回路设计参数完全满足期望的时域和频域性能指标；步骤4：俯仰通道和航向通道控制回路的控制设计：由高度表测量高度信号H，经过PD控制环节和校正滤波器后分别产生高空平飞指令和低空平飞指令，当发出平飞指令1时将高空平飞指令接通送入步骤2的稳定回路，当发出平飞指令2时将低空平飞指令接通送入步骤2的稳定回路，由惯导系统测量飞行器运动参数，通过虚拟目标比例导引计算得到爬升或降高时的控制信号，当发出爬升或降高指令时将控制信号接通送入步骤2的稳定回路；其中，四个控制回路参数和两个校正滤波器和，由各个特征点的时域仿真分析确定；步骤5：俯仰通道和航向通道制导回路的控制设计：由惯导系统测量飞行器的位置和速度参数，通过末端机动一体化模型计算得到末端机动控制信号，当发出末端机动指令时接通末端机动控制信号，送入步骤4的控制回路，作为变轨过载控制指令；飞行器先机动后导引，位置和速度参数送入导引头，同时导引头测量目标运动参数，通过导引规律计算得到导引信号，当发出末制导雷达指令时接通导引信号，送入步骤4的控制回路，作为变轨过载控制指令；采用时域仿真分析方法完成制导回路的控制设计；步骤6：滚动通道控制系统的控制设计：滚动通道控制系统的控制设计按照常规的设计方法进行；步骤7：飞行器全弹道飞行的控制设计：在上述步骤2至步骤6中的三个通道设计的基础上，设计飞行器全弹道飞行的控制指令，完成飞行器全弹道飞行的数学仿真分析。