制导炮弹稳定回路设计方法技术

本发明专利技术提供一种制导炮弹稳定回路设计方法，该设计方法包括：通过制导炮弹的气动数据获取导炮弹运动的动力系数，并根据随飞行速度和高度的变化进行选取；构建制导炮弹三回路驾驶仪；确定自动驾驶仪性能指标；根据所述动力系数和所述性能指标确定所述制导炮弹三回路驾驶仪的设计参数。该技术方案适用于制导炮弹的宽域高鲁棒性。的宽域高鲁棒性。的宽域高鲁棒性。

【技术实现步骤摘要】
制导炮弹稳定回路设计方法


[0001]本专利技术涉及制导控制
，具体涉及一种制导炮弹稳定回路设计方法，尤其是一种宽域高鲁棒制导炮弹稳定回路设计方法。

技术介绍

[0002]制导炮弹的稳定回路又称为自动驾驶仪，其作用是控制和稳定炮弹飞行，主要由惯性器件、控制电路、舵机系统和弹体等组成。
[0003]三回路过载驾驶仪是工程上应用较多的飞行器自动驾驶仪结构，具有算法简单、可靠性高等优点。三回路驾驶仪的内回路是姿态驾驶仪，可以对静不稳定导弹进行稳定，闭环增益不受气动特性波动的影响，驾驶仪输出对舵机零位误差不敏感，系统响应速度较带积分校正的过载驾驶仪快，且三回路驾驶仪比标准驾驶仪对噪声有较强的滤波能力。
[0004]三回路驾驶仪参数设计时，一般选择固定参数或选择几个特征点的气动力系数作为设计输入，利用参数鲁棒性实现有控弹道的覆盖。在气动力系数变化范围较小的情况下，上述方法具有较好的适用性和鲁棒性。
[0005]目前，制导炮弹的最大飞行高度可达30km，起控后飞行速度可在2Ma～0.6Ma之间变化。由于制导炮弹的飞行高度和飞行速度跨度较大，因此其气动力特性变化剧烈，气动力系数变化范围较大，此时现有的常规设计方法将无法满足飞行指标要求。

技术实现思路

[0006]有鉴于此，本专利技术提供了一种制导炮弹稳定回路设计方法，适用于制导炮弹的宽域高鲁棒性。
[0007]本专利技术是通过下述技术方案实现的：提供一种制导炮弹稳定回路设计方法，该设计方法包括：
[0008]通过制导炮弹的气动数据获取导炮弹运动的动力系数，并根据随飞行速度和高度的变化进行选取；
[0009]构建制导炮弹三回路驾驶仪；
[0010]确定自动驾驶仪性能指标，所述性能指标包括时间常数τ、阻尼ξ和自振频率ω，其中，采用开环穿越频率ω
c
替代ω，所述开环穿越频率ω
c
满足：至少使得设计完成的回路具有设定的相位裕度；
[0011]根据所述动力系数和所述性能指标确定所述制导炮弹三回路驾驶仪的设计参数。
[0012]进一步地，所述时间常数τ＝0.2～0.3，所述阻尼ξ为ξ＝0.7
±
0.05。
[0013]进一步地，所述开环穿越频率满足使得设计完成的回路具有30
°
以上的相位裕度。
[0014]进一步地，所述开环穿越频率ω
c
满足使得设计完成的回路具有30
°
以上的相位裕度且所述ω
c
至少是弹体自振频率的2～3倍。
[0015]进一步地，构建的所述制导炮弹三回路驾驶仪的开环传函数和闭环传函数如下式所示：
[0016][0017][0018]其中，a
yc
为制导炮弹自动驾驶仪的过载输入指令信号，a
y
为自动驾驶仪的过载输出信号，s为传递函数的复参数，k
ACT
为舵机增益，为舵偏
‑
过载传递函数，为过载
‑
俯仰角速度传递函数，k
ac
为加速度计的反馈比例系数，K
DC
为驾驶仪闭环增益，c为加速度计与质心的相对距离，k
g
、K
A
和ω
i
为驾驶仪设计参数。
[0019]进一步地，k
ACT
＝1，k
ac
＝1。
[0020]进一步地，通过下式根据所述动力系数和所述性能指标确定所述制导炮弹三回路驾驶仪的设计参数：
[0021][0022]上式中，
[0023][0024]V为制导炮弹飞行速度，ξ
m
、ω
m
分别为弹体阻尼和自振频率，ω
m
＝1/K
M
，K
M
为传递系数，T1为气动力时间常数，a
22
、a
24
、a
34
、a'
24
、a
35
均为制导炮弹运动的动力系数。
[0025]进一步地，根据随飞行速度和高度的变化选取动力系数，具体包括：
[0026]利用时间的变化表征飞行速度和高度的变化，然后根据时间的变化选取动力系数，其中，在弹道最高点后按照固定时间间隔选择动力系数。
[0027]进一步地，所述设计方法还包括：获取飞行速度和高度范围内的自动驾驶仪设计参数，包括：
[0028]任意一组驾驶仪设计参数与一组动压数据对应，根据所得到的驾驶仪设计参数，对动压进行一维线性插值，得到任意动压下的驾驶仪设计参数。
[0029]上述技术方案通过根据随飞行速度和高度的变化选取动力系数，并在确定驾驶仪性能参数时，采用开环穿越频率ω
c
替代ω，并以系统相位裕度约束ω
c
，最后，根据所述动力系数和所述性能指标确定所述制导炮弹三回路驾驶仪的设计参数，尤其实现了制导炮弹在飞行高度和飞行速度变化范围较大的情况下的宽域高鲁棒性的自动驾驶仪设计。
附图说明
[0030]图1为本专利技术流程框图；
[0031]图2为本专利技术回路过载驾驶仪框图；
[0032]图3为加入舵机等环节后bode图；
[0033]图4为驾驶仪设计参数图。
具体实施方式
[0034]下面结合附图并举实施例，对本专利技术进行详细描述。
[0035]本专利技术提供了一种制导炮弹稳定回路设计方法，，实现了制导炮弹在宽域的平稳飞行，并具有较好的鲁棒性。
[0036]为了使本专利技术的目的、技术方案及有点更加清楚明白，以下结合附图及实例，对本专利技术进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅用以解释本专利技术，并不用于限定本专利技术。此外，下面所描述的本专利技术各个实施方式中所涉及到的技术特征只要彼此之间未构成冲突就可以相互组合。
[0037]如图1所示，本专利技术实施例的一种制导炮弹稳定回路设计方法，该设计方法包括：
[0038]通过制导炮弹的气动数据获取导炮弹运动的动力系数，并根据随飞行速度和高度的变化进行选取；
[0039]构建制导炮弹三回路驾驶仪；
[0040]确定自动驾驶仪性能指标，所述性能指标包括时间常数τ、阻尼ξ和自振频率ω，其中，采用开环穿越频率ω
c
替代ω，所述开环穿越频率ω
c
满足：至少使得设计完成的回路具有设定的相位裕度；
[0041]根据所述动力系数和所述性能指标确定所述制导炮弹三回路驾驶仪的设计参数。
[0042]本实施例中为了得到动力系数，首先建立制导炮弹的6DOF运动学和动力学模型，进一步的，利用小扰动法和系数冻结法对运动方程组进行线性化。线性化是在以下合理假设的基础上建立的：
[0043](1)制导炮弹俯仰偏航两个通道可视为独立通道进行研究，即通道间的耦合可以忽略；
[0044](2本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种制导炮弹稳定回路设计方法，其特征在于，所述设计方法包括：通过制导炮弹的气动数据获取导炮弹运动的动力系数，并根据随飞行速度和高度的变化进行选取；构建制导炮弹三回路驾驶仪；确定自动驾驶仪性能指标，所述性能指标包括时间常数τ、阻尼ξ和自振频率ω，其中，采用开环穿越频率ω
c
替代ω，所述开环穿越频率ω
c
满足：至少使得设计完成的回路具有设定的相位裕度；根据所述动力系数和所述性能指标确定所述制导炮弹三回路驾驶仪的设计参数。2.根据权利要求1所述的一种制导炮弹稳定回路设计方法，其特征在于，所述时间常数τ＝0.2～0.3，所述阻尼ξ为ξ＝0.7
±
0.05。3.根据权利要求1或2所述的一种制导炮弹稳定回路设计方法，其特征在于，所述开环穿越频率满足使得设计完成的回路具有30
°
以上的相位裕度。4.根据权利要求3所述的一种制导炮弹稳定回路设计方法，其特征在于，所述开环穿越频率ω
c
满足使得设计完成的回路具有30
°
以上的相位裕度且所述ω
c
至少是弹体自振频率的2～3倍。5.根据权利要求1所述的一种制导炮弹稳定回路设计方法，其特征在于，构建的所述制导炮弹三回路驾驶仪的开环传函数和闭环传函数如下式所示：导炮弹三回路驾驶仪的开环传函数和闭环传函数如下式所示：其中，a
yc
为制导炮弹自动驾驶仪的过载输入指令信号，a
y
为自动驾驶仪的过载输出信号，s为传递函数的复参数，k
ACT
为舵机增益，为舵偏
‑
过载传递函数，为过载
‑
俯仰角速度传递函数，k
a...

【专利技术属性】
技术研发人员：凌文辉，何勇攀，杨锡武，聂聆聪，朱明星，周莉，
申请(专利权)人：北京动力机械研究所，
类型：发明
国别省市：