三位继电式舵机的容错控制系统及控制方法技术方案

本发明专利技术公开了一种三位继电式舵机的容错控制系统，其设置在低速滚转的末制导弹药上，所述容错控制系统用于接收弹药上的制导指令信息，并根据该信息控制舵机及其上的舵片工作，进而控制弹药的运动姿态，其中，所述容错控制系统包括舵片监测模块，其用于监测舵机上舵片的工作状态，并分析舵片是否能够正常工作，根据其舵片的工作状态通知舵机指令计算模块选用不同的计算方法计算获得舵机指令，从而对舵机进行控制，即使舵机中的一对舵无法工作，舵机也能基本实现控制作业，使得弹药能够基本命中目标。

Three fault-tolerant relay control actuator control system and control method

The invention discloses a fault-tolerant three relay type servo control system, which is arranged in the low speed rolling terminal guided munition, the fault-tolerant control system is used for receiving ammunition guidance command information, and according to the control of the steering gear and the rudder of the information, and then control the movement posture, ammunition, the fault tolerant control system includes a rudder monitoring module, which is used for monitoring the working state of the tab on the steering gear, and analyzed the tab to work properly, according to the working state of the steering rudder notice instruction computing module selects different calculation methods and calculation of steering gear instruction, so as to control the steering gear, even on a rudder the steering gear can not work, also can achieve the basic control operations, the ammunition can hit the target.

【技术实现步骤摘要】
三位继电式舵机的容错控制系统及控制方法
本专利技术涉及一种弹药上舵机的控制系统及方法，具体涉及一种三位继电式舵机的容错控制系统及控制方法。
技术介绍
执行机构是弹药姿态控制系统的重要组成部分，尤其是导弹姿态控制系统的重要组成部分，由于长时间的储存引起的性能退化或者在飞行过程中的剧烈震动都有可能引起执行机构故障，这些故障能够引起导弹姿态控制系统的性能退化，甚至引起飞行姿态失稳而自毁。目前尚无良好的应对措施，主要是通过飞前检查仿真来杜绝安全隐患，一旦在飞行过程中发生意外，往往就放弃掉发生意外的弹药了，通过数量来弥补质量的不足；容错控制是提高姿态控制系统可靠性的重要手段，因此，对导弹执行机构故障进行容错控制，以提高导弹姿态控制系统的可靠性是十分必要的。容错控制的目标是使重构后的系统性能尽量接近原系统，优点是可以充分利用系统中各部件的冗余关系，实现故障下的最优控制。目前一般弹药上的执行机构都包括两对舵，当其中一对舵无法正常工作时，可以通过控制改变另外一对舵的工作状态来弥补可能造成的偏差，使得执行机构所产出的力矩接近期望值，从而实现容错控制。由于上述原因，本专利技术人对现有的舵机控制系统及方法做了深入研究，以便设计出一种能够解决上述问题的控制系统及方法。
技术实现思路
为了克服上述问题，本专利技术人进行了锐意研究，设计出一种容错控制系统，其设置在低速滚转的末制导弹药上，所述容错控制系统用于接收弹药上的制导指令信息，并根据该信息控制舵机及其上的舵片工作，进而控制弹药的运动姿态，其中，所述容错控制系统包括舵片监测模块，其用于监测舵机上舵片的工作状态，并分析舵片是否能够正常工作，并根据其舵片的工作状态通知舵机指令计算模块选用不同的计算方法计算获得舵机指令，从而对舵机进行控制，即使舵机中的一对舵无法工作，舵机也能基本实现控制作业，使得弹药能够基本命中目标，从而完成本专利技术。具体来说，本专利技术的目的在于提供以下方面：(1)一种三位继电式舵机的容错控制系统，所述容错控制系统设置在低速滚转的末制导弹药上，所述容错控制系统用于接收弹药上的制导指令信息，并根据该信息控制舵机及其上的舵片工作，进而控制弹药的运动姿态，其特征在于，该系统包括：舵片监测模块001，其用于监测舵机上舵片的工作状态，并将舵片的工作状态信息传递至舵机指令计算模块002，其中，所述舵片的工作状态信息包括舵片工作正常和舵片工作不正常；；舵机指令计算模块002，其用于接收制导指令信息和舵片的工作状态信息，并根据接收到的信息计算获得舵机指令，所述舵机指令包括弹药每旋转一周，弹药上每对舵片的工作角度；陀螺信号接收模块003，其用于接收陀螺信号，根据接收到的陀螺信号计算获得舵机位置信息和弹体旋转周期信息，并将获得的舵机位置信息和弹体旋转周期信息传输至起控时间计算模块004；和起控时间计算模块004，其用于接收舵机位置信息、弹体旋转周期信息和舵机指令信息，并根据接收到的信息计算获得舵机起控时间和工作时间长度。(2)根据上述(1)所述的三位继电式舵机的容错控制系统，其特征在于，当所述舵片监测模块001传递出的工作状态信息包括舵机上两对舵片都工作正常时，弹药每旋转一周，舵片打舵3次；当所述舵片监测模块001传递出的工作状态信息包括舵机上的两对舵片中一对舵片工作正常，另一对舵片工作不正常时，弹药每旋转一周，舵片打舵2次。(3)根据上述(2)所述的三位继电式舵机的容错控制系统，其特征在于，所述舵机上的两对舵片交替打舵工作。(4)根据上述(3)所述的三位继电式舵机的容错控制系统，其特征在于，所述打舵是指任意一对舵片执行偏转预设角度，并在预设时间后回复原位的工作过程，其中所述预设角度优选为每次打舵的舵片工作角度，所述预设时间优选为每次打舵的工作时间长度。(5)根据上述(2)所述的三位继电式舵机的容错控制系统，其特征在于，当两对舵片都能正常工作时，舵机指令计算模块002通过下式(一)、(二)、(三)获得每次打舵的舵片工作角度，其中，和分别表示在弹药旋转一周的过程中第一次打舵时的舵片工作角度、第二次打舵时的舵片工作角度和第三次打舵时的舵片工作角度；δ1表示在弹药旋转一周的过程中第一次打舵时舵机的等效舵偏角，δ2表示在弹药旋转一周的过程中第二次打舵时舵机的等效舵偏角，δ3表示在弹药旋转一周的过程中第三次打舵时舵机的等效舵偏角；其中，δ有效表示有效舵偏角指令。(6)根据上述(5)所述的三位继电式舵机的容错控制系统，其特征在于，起控时间计算模块004通过下式(四)、(五)、(六)获得每次打舵的工作时间长度，其中，代表弹体的旋转周期，n代表弹药的实时转速，t1表示在弹药旋转一周的过程中第一次打舵的工作时间长度，t2表示在弹药旋转一周的过程中第二次打舵的工作时间长度，t3表示在弹药旋转一周的过程中第三次打舵的工作时间长度；通过下式(七)、(八)、(九)获得每次打舵的舵机起控时间；其中，T1、T1、T1分别表示在弹药旋转一周的过程中第一次打舵的舵机起控时间、第二次打舵的舵机起控时间和第三次打舵的舵机起控时间；分别表示上一周期的弹体在舵机三个位置时的时刻。(7)根据上述(2)所述的三位继电式舵机的容错控制系统，其特征在于，当两对舵片中一对能够正常工作，另一对不能正常工作时，舵机指令计算模块002通过下式(十)、(十一)获得每次打舵的舵片工作角度，其中，δ有效表示有效的舵偏角指令。(8)根据上述(7)所述的三位继电式舵机的容错控制系统，其特征在于，起控时间计算模块004通过下式(十二)、(十三)获得每次打舵的工作时间长度，通过下式(十四)、(十五)获得每次打舵的舵机起控时间；(9)一种三位继电式舵机的容错控制方法，其特征在于，该方法是通过如上述(1)～(8)所述的三位继电式舵机的容错控制系统实现的。根据本专利技术提供的控制系统的有益效果在于能够在一对舵片突然失灵的情况下及时调整控制方式，而不是按照预定的方式继续制导，从而基本能够通过一对舵机实现两对舵机的控制作业，不至于因为一对舵片失灵而使得弹药偏离目标过远，最终能够使得弹药基本命中目标。附图说明图1示出根据本专利技术一种优选实施方式的三位继电式舵机的容错控制系统整体结构示意图；图2示出根据本专利技术一种优选实施方式的三位继电式舵机的容错控制系统工作流程图；图3示出PWM舵指令示意图；图4示出末制导炮弹后视图；图5示出滚转弹控制力示意图；图6示出目标1g机动时脱靶量；图7示出目标2g机动时脱靶量。附图标号说明：001-舵片监测模块002-舵机指令计算模块003-陀螺信号接收模块004-起控时间计算模块具体实施方式下面通过附图和实施例对本专利技术进一步详细说明。通过这些说明，本专利技术的特点和优点将变得更为清楚明确。在这里专用的词“示例性”意为“用作例子、实施例或说明性”。这里作为“示例性”所说明的任何实施例不必解释为优于或好于其它实施例。尽管在附图中示出了实施例的各种方面，但是除非特别指出，不必按比例绘制附图。由于末制导炮弹属于低速滚转弹，采用双通道控制的三位继电式舵机，三位继电式舵机的脉宽调制(PWM)指令有三种状态，分别对应的舵偏角为-δmax、0和δmax。在每个调制周期的初始时刻，PWM指令系统对模拟指令进行采样，根据指令极性和大小计算PWM指令的宽度并生成中心时刻固定极本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种三位继电式舵机的容错控制系统，所述容错控制系统设置在低速滚转的末制导弹药上，所述容错控制系统用于接收弹药上的制导指令信息，并根据该信息控制舵机及其上的舵片工作，进而控制弹药的运动姿态，其特征在于，该系统包括：舵片监测模块(001)，其用于监测舵机上舵片的工作状态，并将舵片的工作状态信息传递至舵机指令计算模块(002)，其中，所述舵片的工作状态信息包括舵片工作正常和舵片工作不正常；舵机指令计算模块(002)，其用于接收制导指令信息和舵片的工作状态信息，并根据接收到的信息计算获得舵机指令，所述舵机指令包括弹药每旋转一周，弹药上每对舵片的工作角度；陀螺信号接收模块(003)，其用于接收陀螺信号，根据接收到的陀螺信号计算获得舵机位置信息和弹体旋转周期信息，并将获得的舵机位置信息和弹体旋转周期信息传输至起控时间计算模块(004)；和起控时间计算模块(004)，其用于接收舵机位置信息、弹体旋转周期信息和舵机指令信息，并根据接收到的信息计算获得舵机起控时间和工作时间长度。

【技术特征摘要】
1.一种三位继电式舵机的容错控制系统，所述容错控制系统设置在低速滚转的末制导弹药上，所述容错控制系统用于接收弹药上的制导指令信息，并根据该信息控制舵机及其上的舵片工作，进而控制弹药的运动姿态，其特征在于，该系统包括：舵片监测模块(001)，其用于监测舵机上舵片的工作状态，并将舵片的工作状态信息传递至舵机指令计算模块(002)，其中，所述舵片的工作状态信息包括舵片工作正常和舵片工作不正常；舵机指令计算模块(002)，其用于接收制导指令信息和舵片的工作状态信息，并根据接收到的信息计算获得舵机指令，所述舵机指令包括弹药每旋转一周，弹药上每对舵片的工作角度；陀螺信号接收模块(003)，其用于接收陀螺信号，根据接收到的陀螺信号计算获得舵机位置信息和弹体旋转周期信息，并将获得的舵机位置信息和弹体旋转周期信息传输至起控时间计算模块(004)；和起控时间计算模块(004)，其用于接收舵机位置信息、弹体旋转周期信息和舵机指令信息，并根据接收到的信息计算获得舵机起控时间和工作时间长度。2.根据权利要求1所述的三位继电式舵机的容错控制系统，其特征在于，当所述舵片监测模块(001)传递出的工作状态信息包括舵机上两对舵片都工作正常时，弹药每旋转一周，舵片打舵3次；当所述舵片监测模块(001)传递出的工作状态信息包括舵机上的两对舵片中一对舵片工作正常，另一对舵片工作不正常时，弹药每旋转一周，舵片打舵2次。3.根据权利要求2所述的三位继电式舵机的容错控制系统，其特征在于，所述舵机上的两对舵片交替打舵工作。4.根据权利要求3所述的三位继电式舵机的容错控制系统，其特征在于，所述打舵是指任意一对舵片执行偏转预设角度，并在预设时间后回复原位的工作过程，其中所述预设角度优选为每次打舵的舵片工作角度，所述预设时间优选为每次打舵的工作时间长度。5.根据权利要求2所述的三位继电式舵机的容错控制系统，其特征在于，当两对舵片都能正常工作时，舵机指令计算模块(002)通过下式(一)、(二)、(三)获得每次打舵的舵片...

【专利技术属性】
技术研发人员：李斌，林德福，王江，王伟，何绍溟，王辉，宋韬，
申请(专利权)人：北京理工大学，
类型：发明
国别省市：北京,11