一种亚音速靶弹高精度平飞控制方法技术

一种亚音速靶弹高精度平飞控制方法，是一种亚音速靶弹平台的制导控制方法。该方法针对亚音速靶弹在动力巡航段期望保持等高飞行，同时程序角指令尽可能平滑的要求，采取了一种通过控制当地弹道倾角为零的思路，求取期望的攻角指令，并叠加当前时刻速度倾角和需要补偿的俯仰程序角，来求取俯仰程序角指令，并置偏航程序角指令为零，从而达到高精度平飞控制的目标。标。

A high precision level flight control method for subsonic target projectile

【技术实现步骤摘要】
一种亚音速靶弹高精度平飞控制方法


[0001]本专利技术是一种亚音速靶弹高精度平飞控制方法，用于靶弹巡航飞行时满足定高飞行条件下航天运载平台的制导设计，属于飞行器制导控制领域。

技术介绍

[0002]靶弹是考核鉴定防空武器防空反导能力的重要靶标，防空导弹靶场试验鉴定和部队作战训练均急需能够模拟飞机、巡航导弹、弹道导弹等各类目标。靶弹是一种用来模拟武器系统所要攻击目标的动态实物，它是武器系统研制、定型、批检、试验中用来检验被试品性能、技术指标的一种重要装备。靶弹作为模拟飞机、导弹的飞行器，其设计方法与导弹控制系统设计是一致的。靶弹复杂的运动模型及大量的不确定性因素的存在，是控制器设计的主要难点。
[0003]对于亚音速靶弹，在动力爬升段结束后，导弹进入水平飞行段，它是巡航弹道的最重要阶段。导弹在水平飞行段时，发动机推力与迎面空气阻力相平衡，因此导弹处于耗油最小的巡航速度飞行。不同的飞行程序，水平段弹道离地高度不同，控制精度也不同。而目前的无控靶弹实现平飞的设计方案，由于抛物线形飞行弹道，飞行高度下降很快，滞空时间短，无法模拟平飞和俯冲目标的运动特性，同时该方案也无法保证航向的供靶精度。而有控靶弹弹道设计思路为：通过在靶弹上加装鸭舵和成熟的简易控制装置，控制靶弹平飞控制。有控靶弹的高度平飞控制系统由俯仰角稳定回来和高度稳定回来组成，其主要任务是保证靶弹在预定的高度上稳定地飞行。靶弹以某发射角发射后定角爬升，适当时刻在控制指令作用下进行转弯，然后由高度控制系统控制靶弹，使其在预定的高度上稳定平飞。本专利技术以亚音速巡航靶弹控制系统设计为研究背景，重点对其纵向通道的平飞高度控制器进行研究，对其控制要求及其工程实现方法进行分析，采用了一种通过控制当地弹道倾角为零的思路来间接控制平飞高度的目的。在平飞段高精度高度控制算法设计中，根据当地弹道倾角通过PID调参求取期望的飞行攻角，并叠加当前时刻速度倾角和需要补偿的俯仰程序角，来求取俯仰程序角指令；偏航通道置偏航程序角指令为零，从而保证航向的供靶精度，从而达到靶弹高精度平飞控制的目标。在整个平飞过程中，本专利技术的技术方案求取的飞行程序角指令平滑，平飞过程中高度差和横向偏差都控制在较小的范围内，使得整个靶弹平飞飞行过程中具有更良好的性能，且便于工程应用。

技术实现思路

[0004]本专利技术的技术解决问题是：克服现有亚音速靶弹平飞段针对平飞高度进行直接控制，俯仰程序角指令不平滑、容易引起较大超调、高度控制精度差的技术不足，采用了一种通过控制当地弹道倾角为零的思路来间接控制平飞高度的目的。在平飞段高精度制导控制算法设计中，根据当地弹道倾角通过PID调参求取期望的飞行攻角，结合速度系下弹道倾角和提出的飞行俯仰程序角偏差进行有效补偿的求取方法，求取最终的俯仰程序角指令，并置偏航程序角指令为零，从而使得亚音速靶场平飞过程中，程序角指令平滑，平飞过程中高
度差小，使得整个靶弹平飞飞行过程中具备更良好的性能。
[0005]本专利技术的技术解决方案是：(与权利要求书一致)
[0006]本专利技术与现有技术相比的有益效果为：
[0007](1)本专利技术的平飞控制算法以实际工程目标为要求，通过直接控制当地弹道倾角为零的思路来达到间接控制平飞高度的目标，使得俯仰程序角指令更平滑，平飞高度控制效果更好。
[0008](2)本专利技术针对高精度平飞控制要求，通过理论手段求取当前速度倾角和期望攻角，并求取了需要补偿的飞行俯仰程序角，使得靶弹在平飞过程中高度落差很小，平飞控制性能更优化。
附图说明
[0009]图1是本专利技术实例提供的一种亚音速靶弹高精度平飞控制方法的流程图。
具体实施方式
[0010]一种亚音速靶弹高精度平飞控制方法，在靶弹飞行过程中，通过理论推导求取当地弹道倾角，通过当地弹道倾角求取期望的攻角指令，并求取当前速度倾角和需要补偿的俯仰程序角偏差，最后求取俯仰姿态角指令，并把偏航姿态角指令置零，实现靶弹巡航飞行段的高精度平飞控制。
[0011]主要过程如下：
[0012]1)在整个靶弹平飞过程中，通过以下公式求取靶弹当前时刻的当地弹道倾角θ：
[0013][0014]其中，R
x
、R
y
和R
z
分别为靶弹在发射地心系下的三个方向上的位置，V
x
、V
y
和V
z
分别为靶弹在发射地心系下的三个方向上的速度。
[0015]2)在整个靶弹平飞过程中，通过以下公式求取靶弹期望飞行攻角α
qw
：
[0016][0017]其中，T
kz
为控制周期，k
p
、k
d
、k
i
为需要调试设计的控制参数；θ
s
为上一控制周期下的当地弹道倾角θ，S
θ
为亚音速靶弹平飞过程中的当地弹道倾角累加和，即
[0018][0019]指当期控制周期的S
θ
，为上一控制周期的S
θ
，θ
k
为当前控制周期的当地弹道倾角θ。
[0020]3)在整个靶弹平飞过程中，通过以下公式求取靶弹当前时刻的速度倾角θ
vg
：
[0021][0022]其中，V
x
和V
y
为发射系下X向和Y向速度。
[0023]4)在整个靶弹平飞过程中，通过以下公式求取需要补偿的俯仰程序角偏差
[0024][0025]其中，为当前弹体俯仰姿态角，为当前发惯系到发射系转换矩阵。
[0026]5)在整个亚音速靶弹平飞过程中，通过以下公式求取相应的飞行俯仰程序角和偏航程序角：
[0027][0028]ψ
cx
＝0
[0029]由此即实现了一种亚音速靶弹的高精度控制方法，不仅使得亚音速靶弹在平飞飞行过程中当地弹道倾角维持在零附近，也使得平飞高度在整个平飞过程中几乎不变，使得亚音速靶弹平飞过程中的性能指标达到更大的优化。
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【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种亚音速靶弹高精度平飞控制方法，在整个平飞段过程中，为了保持高精度等高飞行，采取一种通过控制当地弹道倾角为零的思路，求取期望的攻角指令，并通过俯仰程序角补偿求取俯仰程序角指令来达到高精度高度控制的目标。首先，求取靶弹当前时刻的当地弹道倾角θ，公式如下：2.根据权利要求1所述的亚音速靶弹高精度平飞控制方法，其特征在于：根据以下公式求取靶弹期望飞行攻角α
qw
：其中，T
kz
为控制周期，k
p
、k
d
、k
i
为需要调试设计的控制参数；θ
s
为上一控制周期下的当地弹道倾角θ，S
θ
为亚音速靶弹平飞过程中...

【专利技术属性】
技术研发人员：孙胜，陈景鹏，孙永丰，卞李坤，谢雪明，刘凯，
申请(专利权)人：北京星途探索科技有限公司，
类型：发明
国别省市：