鸭式气动布局导弹的滚转控制方法、系统及介质技术方案

本发明专利技术提供了一种鸭式气动布局导弹的滚转控制方法、系统及介质，包括：滚转运动隔离步骤：利用分别与弹体的前段(11)和弹体的后段(12)固连的滚转陀螺测量前后相对运动转速，乘以电机反电动势系数获得反电动势，前馈到电机控制输入，实现前后段滚转运动隔离；滚转稳定控制步骤：令陀螺测量弹体前段滚转角速度，比例积分控制器根据获得的弹体前段滚转角速度形成反馈信号，再经控制增益调节和功率放大形成稳定控制输入，驱动电机输出控制力矩，实现弹体前段滚转稳定。本发明专利技术解决了鸭舵洗流的干扰力矩问题，同时通过反馈回路控制弹体前段滚转稳定，避免弹体旋转给制导控制组件工作带来的不利影响。

【技术实现步骤摘要】
鸭式气动布局导弹的滚转控制方法、系统及介质
本专利技术涉及导弹控制领域，具体地，涉及一种鸭式气动布局导弹的滚转控制方法。
技术介绍
鸭式气动布局是各类弹箭兵器所采用的一种重要气动布局方式，其控制执行机构在弹体的前段，有利于导弹总体的结构布局、简化设计；相比于正常式布局，鸭舵的响应速度快，舵偏产生正升力，控制效率更高。尽管如此，鸭舵的滚转控制效率低，舵面洗流作用于弹体尾翼产生扰动力矩，可能导致滚转控制反效，给鸭式气动布局导弹的总体设计带来很大困难。鸭式气动布局导弹的滚转控制方式主要由以下几种：(1)使弹体飞行中绕纵轴旋转，滚转通道不控制，如美国的RAM舰空导弹、Stinger便携式防空导弹等，该方法对导弹的制导控制装置提出了特殊要求，必须能够在较大的弹体滚转速度下工作；(2)尾翼安装陀螺舵对滚转运动进行被动阻尼(无伺服控制)，降低飞行中的滚转角速度，如美国的AIM-9Sidewinder空空导弹，该方法仅适用于尾翼较大的情况；(3)采用独立的滚转控制舵面，如俄罗斯的R-73空空导弹尾翼后沿增加了滚转舵、以色列的Python5空空导弹在俯仰鸭舵后增加了一对滚转控制表面，该方法的缺点是控制系统复杂；(4)通过鸭舵进行三通道控制，通过自由滚转尾翼或尾段消除鸭舵洗流导致的滚转扰动力矩，如法国的Magic空空导弹、美国的GMLRS火箭弹，该方法具有一定优势，但鸭式三通道控制实现复杂，对于弹径较小的弹体设计困难。因此，需要提出一种新的鸭式气动布局导弹滚转控制方案，集中发挥优势，达到以下4个目的：(1)解决鸭舵洗流作用于尾翼引起的滚转干扰力矩；(2)简化控制系统设计；(3)能避免弹体旋转导致制导控制组件设计困难；(4)适用于各类鸭式气动布局弹箭，特别是小弹径、筒式发射。
技术实现思路
针对现有技术中的缺陷，本专利技术的目的是提供一种鸭式气动布局导弹的滚转控制方法、系统及介质。根据本专利技术提供的一种鸭式气动布局导弹的滚转控制方法，包括：滚转运动隔离步骤：利用分别与弹体的前段和弹体的后段固连的滚转陀螺测量前后相对运动转速，乘以电机反电动势系数获得反电动势，前馈到电机控制输入，实现前后段滚转运动隔离；滚转稳定控制步骤：令陀螺测量弹体前段滚转角速度，比例积分控制器根据获得的弹体前段滚转角速度形成反馈信号，再经控制增益调节和功率放大形成稳定控制输入，驱动电机输出控制力矩，实现弹体前段滚转稳定。优选地，所述弹体包括：前段、后段、鸭舵系统、尾翼、电机的转子、定子、导电滑环；鸭舵系统设置于前段上，尾翼设置于后段；前段和后段通过电机伺服控制装置连接；电机的转子与前段连接，定子与后段连接,前段和后段通过导电滑环进行电信号传输。优选地，所述滚转运动隔离步骤：与弹体后段固连的陀螺A测量输出弹体后段的滚转角速度，与弹体前段固连的陀螺B测量输出弹体前段的滚转角速度，根据滚转角速度与滚转角速度获得角速度之差，根据角速度之差获得前后段转速差n；根据电机控制原理，获得电机反电动势，电机反电动势计算公式如下：E＝kEn其中，n为前后段转速差；kE为电机反电动势系数；E为反电动势；根据反电动势E形成前馈控制输入信号；根据前馈控制输入信号，将反电动势E前馈到电机输入，使得弹体前段与后段的滚转运动隔离。优选地，所述滚转稳定控制步骤：陀螺B测量输出弹体前段的滚转角速度，经过PI控制器形成反馈信号，反馈信号与输入点的控制指令结合后，再经过控制增益调节和功率放大形成稳定控制输入信号，电动机根据稳定控制输入信号及前馈控制输入信号输出力矩，力矩与扰动输入点扰动力矩结合后输入至前段，经前段负载特性作用后输出至输出点；所述PI控制器经过比例积分形成反馈信号，所述比例积分公式如下：其中，kP表示比例环节增益；kI表示积分环节增益；s表示传递函数；所述电动机将稳定控制输入信号及前馈控制输入信号通过电机传递函数输出力矩，所述电机传递函数如下：其中，kM表示电机增益；TM表示电机时间常数；s表示传递函数；所述前段负载特性如下：其中，kN表示弹体响应增益；TN表示弹体响应时间常数；s表示传递函数；指令输入点到输出点的传递函数如下：其中，kA表示控制增益和功放增益的乘积；扰动输入点到输出点的传递函数如下：对于斜坡输入和斜坡扰动输入，输出为常值，其值分别为输入斜率的1/kI和1/(kAkMkI)；在稳定控制回路作用下，使得弹体前段滚转稳定。根据本专利技术提供的一种鸭式气动布局导弹的滚转控制系统，包括：滚转运动隔离步骤：利用分别与前段和后段固连的滚转陀螺测量前后相对运动转速，乘以电机反电动势系数获得反电动势，前馈到电机控制输入，实现前后段滚转运动隔离；滚转稳定控制步骤：令陀螺测量弹体前段滚转角速度，比例积分控制器根据获得的弹体前段滚转角速度形成反馈信号，再经控制增益调节和功率放大形成稳定控制输入，驱动电机输出控制力矩，实现弹体前段滚转稳定。优选地，所述弹体包括：前段、后段、鸭舵系统、尾翼、电机的转子、定子、导电滑环；鸭舵系统设置于前段上，尾翼设置于后段；前段和后段通过电机伺服控制装置连接；电机的转子与前段连接，定子与后段连接,前段和后段通过导电滑环进行电信号传输。优选地，所述滚转运动隔离步骤：与弹体后段固连的陀螺A测量输出弹体后段的滚转角速度，与弹体前段固连的陀螺B测量输出弹体前段的滚转角速度，根据滚转角速度与滚转角速度获得角速度之差，根据角速度之差获得前后段转速差n；根据电机控制原理，获得电机反电动势，电机反电动势计算公式如下：E＝kEn其中，n为前后段转速差；kE为电机反电动势系数；E为反电动势；根据反电动势E形成前馈控制输入信号；根据前馈控制输入信号，将反电动势E前馈到电机输入，使得弹体前段与后段的滚转运动隔离。优选地，所述滚转稳定控制步骤：陀螺B测量输出弹体前段的滚转角速度，经过PI控制器形成反馈信号，反馈信号与输入点的控制指令结合后，再经过控制增益调节和功率放大形成稳定控制输入信号，电动机根据稳定控制输入信号及前馈控制输入信号输出力矩，力矩与扰动输入点扰动力矩结合后输入至前段，经前段负载特性作用后输出至输出点；所述PI控制器经过比例积分形成反馈信号，所述比例积分公式如下：其中，kP表示比例环节增益；kI表示积分环节增益；s表示传递函数；所述电动机将稳定控制输入信号及前馈控制输入信号通过电机传递函数输出力矩，所述电机传递函数如下：其中，kM表示电机增益；TM表示电机时间常数；s表示传递函数；所述前段负载特性如下：其中，kN表示弹体响应增益；TN表示弹体响应时间常数；s表示传递函数。根据上述，可推导指令输入点到输出点的传递函数如下：其中，kA表示控制增益和功放增益的乘积；根据上述，可推导扰动输入点到输出点的传递函数如下：可见系统对于常值输入和常值扰动输入，输出为；对于斜坡输入和斜坡扰动输入，输出为常值，其值分别为输入斜率的1/kI和1/(kAkMkI)；在稳定控制回路作用下，可使得弹体前段滚转稳定。根据本专利技术提供的一种存储有计算机程序的计算机可读存储介质，所述计算机程序被处理器执行时实现上述任一项所述的鸭式气动布局导弹的滚转控制方法的步骤。与现有技术相比，本专利技术具有如下的有益效果：1、本专利技术将导弹分为前后两段，包含鸭舵系统的制导控制装置安装在弹体前段，尾翼安装在弹体后段，前后段通过电机本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种鸭式气动布局导弹的滚转控制方法，其特征在于，包括：滚转运动隔离步骤：利用分别与弹体的前段(11)和弹体的后段(12)固连的滚转陀螺测量前后相对运动转速，乘以电机反电动势系数获得反电动势，前馈到电机控制输入，实现前后段滚转运动隔离；滚转稳定控制步骤：令陀螺测量弹体前段滚转角速度，比例积分控制器根据获得的弹体前段滚转角速度形成反馈信号，再经控制增益调节和功率放大形成稳定控制输入，驱动电机输出控制力矩，实现弹体前段滚转稳定。

【技术特征摘要】
1.一种鸭式气动布局导弹的滚转控制方法，其特征在于，包括：滚转运动隔离步骤：利用分别与弹体的前段(11)和弹体的后段(12)固连的滚转陀螺测量前后相对运动转速，乘以电机反电动势系数获得反电动势，前馈到电机控制输入，实现前后段滚转运动隔离；滚转稳定控制步骤：令陀螺测量弹体前段滚转角速度，比例积分控制器根据获得的弹体前段滚转角速度形成反馈信号，再经控制增益调节和功率放大形成稳定控制输入，驱动电机输出控制力矩，实现弹体前段滚转稳定。2.根据权利要求1所述的鸭式气动布局导弹的滚转控制方法，其特征在于，所述弹体包括：前段(11)、后段(12)、鸭舵系统(13)、尾翼(14)、电机的转子(15)、定子(16)、导电滑环(17)；鸭舵系统(13)设置于前段(11)上，尾翼(14)设置于后段(12)；前段(11)和后段(12)通过电机伺服控制装置连接；电机的转子(15)与前段(11)连接，定子(16)与后段(12)连接,前段(11)和后段(12)通过导电滑环(17)进行电信号传输。3.根据权利要求2所述的鸭式气动布局导弹的滚转控制方法，其特征在于，所述滚转运动隔离步骤：与弹体后段(12)固连的陀螺A测量输出弹体后段的滚转角速度(3)，与弹体前段(11)固连的陀螺B测量输出弹体前段的滚转角速度(4)，根据滚转角速度(3)与滚转角速度(4)获得角速度之差(5)，根据角速度之差(5)获得前后段转速差n；根据电机控制原理，获得电机反电动势，电机反电动势计算公式如下：E＝kEn其中，n为前后段转速差；kE为电机反电动势系数；E为反电动势；根据反电动势E形成前馈控制输入信号(6)；根据前馈控制输入信号(6)，将反电动势E前馈到电机输入，使得弹体前段(11)与后段(12)的滚转运动隔离。4.根据权利要求3所述的鸭式气动布局导弹的滚转控制方法，其特征在于，所述滚转稳定控制步骤：陀螺B测量输出弹体前段的滚转角速度(4)，经过PI控制器形成反馈信号，反馈信号与输入点(9)的控制指令结合后，再经过控制增益调节和功率放大形成稳定控制输入信号(7)，电动机根据稳定控制输入信号(7)及前馈控制输入信号(6)输出力矩(8)，力矩(8)与扰动输入点(17)扰动力矩结合后输入至前段(11)，经前段负载特性作用后输出至输出点(10)；所述PI控制器经过比例积分形成反馈信号，所述比例积分公式如下：其中，kP表示比例环节增益；kI表示积分环节增益；s表示传递函数；所述电动机将稳定控制输入信号(7)及前馈控制输入信号(6)通过电机传递函数输出力矩(8)，所述电机传递函数如下：其中，kM表示电机增益；TM表示电机时间常数；s表示传递函数；所述前段负载特性如下：其中，kN表示弹体响应增益；TN表示弹体响应时间常数；s表示传递函数；指令输入点(9)到输出点(10)的传递函数如下：其中，kA表示控制增益和功放增益的乘积；扰动输入点(17)到输出点(10)的传递函数如下：对于斜坡输入和斜坡扰动输入，输出为常值，其值分别为输入斜率的1/kI和1/(kAkMkI)；在稳定控制回路(2)作用下，使得弹体前段滚转稳定。5.一种鸭式气动布局导弹的滚转控制系统，其特征在于，包括：滚转运动隔离步骤：利用分别与前段(11)和后段(12)...

【专利技术属性】
技术研发人员：李克勇，于亚男，刘小磊，杨永强，陈兵，
申请(专利权)人：上海机电工程研究所，
类型：发明
国别省市：上海,31