一种设置在弹体上的控制系统技术方案

本发明专利技术公开了一种设置在弹体上的控制系统，包括：固定翼鸭舵和控制组件；控制组件设置在弹体前部的控制舱处，包括：永磁电机和用于控制永磁电机的控制器；永磁电机包括：转子、定子和轴承；定子固定在弹体纵轴上，转子设置在定子的外围；转子和定子通过轴承连接；控制器设置在控制舱内，通过控制电路与永磁电机连接；固定翼鸭舵设置在转子的外壁上；固定翼鸭舵包括：两对固定舵角的舵片；其中，一对舵片的偏转方向相反，用于提供鸭舵反向旋转所需的外部气动导转力矩；另一对舵片的偏转方向相同，用于提供弹体姿态调整的气动控制力矩矢量。通过使用本发明专利技术的设置在弹体上的控制系统，可以大幅降低迫击炮弹控制舱的成本和体积，大大提高费效比。

A control system mounted on a projectile

The invention discloses a control system, a set in the body including: fixed wing and canard control components; control module is arranged in front of the body control module, including: permanent magnet motor and permanent magnet motor controller is used to control; permanent magnet motor includes a rotor, a stator and a bearing; the stator is fixed to the body on the vertical axis, the rotor is arranged on the periphery of the stator; the rotor and the stator are connected through a bearing; the controller is arranged in a control chamber through the control circuit is connected with the permanent magnet motor; fixed wing Canard Rotor is arranged in the outer wall; fixed wing canard include: two fixed rudder rudder; among them, a pair of rudder the deflection in the opposite direction, to provide the canard reverse rotation required external pneumatic pilot torque; another on the deflection of the rudder sheet with the same, for providing the attitude adjustment of pneumatic torque vector control . By using the control system provided by the invention, the cost and volume of the mortar control cabin can be greatly reduced, and the cost-effectiveness ratio can be greatly improved.

【技术实现步骤摘要】
一种设置在弹体上的控制系统
本专利技术涉及控制
，特别涉及一种设置在弹体上的控制系统。
技术介绍
传统的战术导弹在大气中飞行时一般采用伺服机构控制空气舵的方式进行控制，但是，该方式并不适应于弹体内部空间特别狭小、成本要求低的应用场合，例如，无法适用于迫击炮弹。现有技术中的迫击炮弹，在发射前根据目标射程和射表计算迫击炮的射角和发射初速。在理想无误差的条件下，迫击炮弹发射后可按抛物线弹道飞抵目标。但是在实际应用环境中，由于受到弹道诸元误差、目标机动以及各类随机干扰(例如，弹体加工误差、炮口初始扰动、初速误差、随机风等)因素的影响，迫击炮弹的实际落点将偏离目标，产生距离偏差。为了修正距离偏差，需要在迫击炮弹上安装2维修正控制舱实现迫击炮弹的绕质心姿态修正。然而，现有技术中所使用的基于十字鸭舵的6自由度控制方式，虽然可以精确实现横法向过载修正，但是整体设计成本较高，费效比低。
技术实现思路
有鉴于此，本专利技术提供一种设置在弹体上的控制系统，从而可以大幅降低迫击炮弹控制舱的成本和体积，大大提高费效比。本专利技术的技术方案具体是这样实现的：一种设置在弹体上的控制系统，该控制系统包括：固定翼鸭舵和控制组件；所述控制组件设置在弹体前部的控制舱处，所述控制组件包括：永磁电机和用于控制永磁电机的控制器；所述永磁电机包括：转子、定子和轴承；所述定子固定在弹体纵轴上，所述转子设置在所述定子的外围；所述转子和定子通过轴承连接；所述控制器设置在所述控制舱内，通过控制电路与所述永磁电机连接；所述固定翼鸭舵设置在所述转子的外壁上；所述固定翼鸭舵包括：两对固定舵角的舵片；其中，一对舵片的偏转方向相反，用于提供鸭舵反向旋转所需的外部气动导转力矩；另一对舵片的偏转方向相同，用于提供弹体姿态调整的气动控制力矩矢量。较佳的，所述控制电路包括：电子负载、整流模块和运算放大器；所述功率场效应管的D端分别与整流模块的输出端以及直流电枢电压连接；所述功率场效应管的S端与采样电阻连接；所述功率场效应管的G端与运算放大器的输出端连接；所述采样电阻的另一端与整流模块的负端连接；所述运算放大器的负端与所述功率场效应管的S端连接；所述运算放大器的正端与控制器连接；所述整流模块的三个输出端分别与永磁电机的三相A、B和C连接。较佳的，所述控制系统还进一步包括：斜切尾翼；所述斜切尾翼设置在弹体的尾部。较佳的，所述控制系统还进一步包括：GPS接收机和X轴陀螺仪；所述GPS接收机，用于接收卫星定位信息，并根据卫星定位信息计算得到弹体质心运动的位置和速度信息、弹体绕质心运动的俯仰角和偏航角；所述X轴陀螺仪，用于测量所述固定翼鸭舵的滚转角速度。较佳的，所述控制器包括：第一采集模块、无线数据采集模块、姿态计算模块和制导控制模块；所述第一采集模块，用于接收GPS接收机接收到的信息，并采集斜切尾翼的尾翼导转力矩；并将接收和采集的信息发送给所述姿态计算模块；所述无线数据采集模块，用于接收X轴陀螺仪采集到的固定翼鸭舵的滚转角速度，并将接收的固定翼鸭舵的滚转角速度发送给所述姿态计算模块；所述姿态计算模块，用于根据接收到的信息计算弹体的姿态数据，并将姿态数据发送给制导控制模块；所述制导控制模块，用于根据接收到的姿态数据向控制组件发送控制指令，使得所述控制组件根据所述控制指令调整固定翼鸭舵的外部导转力矩，以调整弹体的姿态。较佳的，所述永磁电机为三相永磁电机。较佳的，所述整流模块为三相整流桥。如上可见，在本专利技术中的设置在弹体上的控制系统中，由于将传统弹体上的鸭舵改装为固定翼鸭舵，并设置了相应的控制组件，而该固定翼鸭舵可通过内部的永磁电机的轴承绕弹体纵轴旋转，从而可以通过调节永磁电机内部的电磁力矩大小，调整固定翼鸭舵的外部导转力矩，控制固定翼鸭舵的滚转姿态，实现迫击炮弹的落点偏差修正；而且，相对于现有技术中的十字鸭舵内部采用的双舵机，本专利技术中的控制系统的成本更低廉，占用控制舱的体积更小，可以大幅降低迫击炮弹控制舱的成本和体积，具有费效比高的特点，非常适合于常规弹药的制导化改造。另外，在本专利技术的上述控制系统中，还可以进一步地将现有技术中的迫击炮弹的群式尾翼更改为斜切尾翼，使得迫击炮弹弹体为双旋弹体，通过该斜切尾翼提供的导转力矩带动弹体滚转，并通过固定翼鸭舵与弹体之间的差动转速，使固定翼鸭舵内部的永磁电机发电，因此可以取消控制组件的供电电池，从而可以大大提高费效比和控制可靠性，并大幅减小了控制舱的体积和成本。此外，在本专利技术的上述控制系统中，还可以进一步地取消在弹体上安装6自由度IMU惯组模块，而代之以GPS接收机和X轴陀螺仪，通过GPS接收机和X轴陀螺仪实现迫击炮弹质心运动和绕质心运动的信息采集，根据3自由度绕质心运动信息，通过制导控制算法，调整固定翼鸭舵滚转控制组件的电磁力矩Mg输入量，实现鸭舵内部滚转阻尼力矩的实时控制，并可以进一步降低控制系统的成本。附图说明图1为本专利技术实施例中的控制系统的结构示意图。图2为本专利技术实施例中的固定翼鸭舵和控制组件的结构示意图。图3为本专利技术实施例中的控制系统的原理示意图。图4为本专利技术实施例中的控制电路的结构示意图。图5为本专利技术实施例中的质心运动信息在基准坐标系Cx1y1z1和发射坐标系OXEYEZE中的投影示意图。图6为本专利技术的一个实施例中的控制系统的结构示意图。具体实施方式为使本专利技术的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下参照附图并举实施例，对本专利技术进一步详细说明。本实施例提供了一种设置在弹体上的控制系统，从而可以大幅降低迫击炮弹控制舱的成本和体积，大大提高费效比。图1为本专利技术实施例中的控制系统的结构示意图，图2为本专利技术实施例中的固定翼鸭舵和控制组件的结构示意图，图3为本专利技术实施例中的控制系统的原理示意图。如图1～3所示，本专利技术实施例中的设置在弹体上的控制系统主要包括：固定翼鸭舵和控制组件；所述控制组件设置在弹体前部的控制舱处，所述控制组件包括：永磁电机和用于控制永磁电机的控制器(图2中未示出)；所述永磁电机包括：转子、定子和轴承；所述定子固定在弹体纵轴上，所述转子设置在所述定子的外围；所述转子和定子通过轴承连接；所述控制器设置在所述控制舱内，通过控制电路与所述永磁电机连接；所述固定翼鸭舵设置在所述转子的外壁上；所述固定翼鸭舵包括：两对固定舵角的舵片；其中，一对舵片的偏转方向相反(例如，图1中滚转舵片1和舵片3)，用于提供鸭舵反向旋转所需的外部气动导转力矩；另一对舵片的偏转方向相同(例如，图1中俯仰舵片2和舵片4)，用于提供弹体姿态调整的气动控制力矩矢量。在上述的控制系统中，由于将传统弹体上的鸭舵改装为固定翼鸭舵，而该固定翼鸭舵可通过内部的轴承绕弹体纵轴旋转，在弹体固定坐标系CxBPFyBPFZBPF中，当固定翼鸭舵的滚转角速度为零时，固定翼鸭舵相对弹体纵轴静止。此时，固定翼鸭舵的俯仰舵片产生鸭舵气动控制力，考虑绕质心运动，可以得到鸭舵气动控制力矩。由于迫击炮弹为静稳定弹，因此弹体压心在全弹质心之后，考虑弹体绕质心的动力学方程，可知弹体静力矩和鸭舵气动控制力矩能够满足力矩平衡条件，使迫击炮弹产生相应的合成攻角αT，考虑全弹质心运动的动力学方程，可知弹体纵轴向鸭舵气动力矢量方向移动。由于固定翼鸭舵内部的控制组件中包括一个永磁电机，而该永磁电机的转子的外壁上就本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种设置在弹体上的控制系统，其特征在于，该控制系统包括：固定翼鸭舵和控制组件；所述控制组件设置在弹体前部的控制舱处，所述控制组件包括：永磁电机和用于控制永磁电机的控制器；所述永磁电机包括：转子、定子和轴承；所述定子固定在弹体纵轴上，所述转子设置在所述定子的外围；所述转子和定子通过轴承连接；所述控制器设置在所述控制舱内，通过控制电路与所述永磁电机连接；所述固定翼鸭舵设置在所述转子的外壁上；所述固定翼鸭舵包括：两对固定舵角的舵片；其中，一对舵片的偏转方向相反，用于提供鸭舵反向旋转所需的外部气动导转力矩；另一对舵片的偏转方向相同，用于提供弹体姿态调整的气动控制力矩矢量。

【技术特征摘要】
1.一种设置在弹体上的控制系统，其特征在于，该控制系统包括：固定翼鸭舵和控制组件；所述控制组件设置在弹体前部的控制舱处，所述控制组件包括：永磁电机和用于控制永磁电机的控制器；所述永磁电机包括：转子、定子和轴承；所述定子固定在弹体纵轴上，所述转子设置在所述定子的外围；所述转子和定子通过轴承连接；所述控制器设置在所述控制舱内，通过控制电路与所述永磁电机连接；所述固定翼鸭舵设置在所述转子的外壁上；所述固定翼鸭舵包括：两对固定舵角的舵片；其中，一对舵片的偏转方向相反，用于提供鸭舵反向旋转所需的外部气动导转力矩；另一对舵片的偏转方向相同，用于提供弹体姿态调整的气动控制力矩矢量。2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述控制电路包括：电子负载、整流模块和运算放大器；所述功率场效应管的D端分别与整流模块的输出端以及直流电枢电压连接；所述功率场效应管的S端与采样电阻连接；所述功率场效应管的G端与运算放大器的输出端连接；所述采样电阻的另一端与整流模块的负端连接；所述运算放大器的负端与所述功率场效应管的S端连接；所述运算放大器的正端与控制器连接；所述整流模块的三个输出端分别与永磁电机的三相A、B和C连接。3.根据权利要求2所述的方法，其特征在于，所述控制系统还进一步...

【专利技术属性】
技术研发人员：张衍儒，肖练刚，陈文辉，张喆，郭城，孙凯，白璐，邱奕，
申请(专利权)人：北京航天自动控制研究所，
类型：发明
国别省市：北京,11