[发明专利]一种用于半捷联制导导弹的一体化控制方法

说明书

技术领域

本发明属于武器技术、导引头技术、控制方法领域，涉及空空导弹控制系统设计研究，具体涉及一种半捷联制导导弹的一体化控制方法。

背景技术

导引头稳定跟踪控制是半捷联导引头控制的核心技术，为了研究半捷联稳定跟踪算法，需要了解弹体与伺服框架的动力学、运动学关系，并对半捷联姿态算法进行深入研究。传统的半捷联导引头稳定控制系统和弹体姿态控制系统设计，为便于分析考察各个分系统的性能，通常将导引头稳定跟踪控制系统、弹体姿态控制系统作为两个独立的部分，割裂开来分别进行研究，采用的是两回路独立设计思想。在这种分离设计思想下，通常都假设半捷联稳定控制系统与弹体姿态控制系统是可解耦的，这样就可以把问题分解为对两个低阶子系统的设计，大大降低了设计难度。

实际上，半捷联导引头的特殊结构使得弹体与导引头稳定平台框架之间耦合严重。当目标进行大机动时，对于依靠气动舵来实现法向过载控制的半捷联成像导弹而言，导弹需要大的姿态调整以获得大的过载来应对目标的大机动。如果半捷联导引头稳定跟踪控制系统的响应不够及时，导弹姿态调整在半捷联体制下可能会导致目标脱离导引头视场，尤其在制导末段随着弹目相对距离的接近，这种现象更为严重。这主要是由于寄生回路的存在，使得导引头稳定跟踪控制回路和弹体姿态控制回路产生严重耦合。因此，半捷联红外成像制导系统要实现对目标的稳定跟踪，需要通过半捷联导引头稳定跟踪控制系统和弹体姿态控制系统共同协调控制来实现，才能从根本上解决半捷联导引头的工程应用问题。

发明内容

本发明的目的是为了解决上述问题，采用了一体化设计方案，通过建立半捷联导引头与弹体姿态控制一体化模型，使用非线性动态逆控制技术，达到了两个分系统之间的协调控制效果，具有弹体姿态响应速度快、导引头跟踪误差小等优势，对半捷联导弹控制系统的工程设计具有指导性意义。

本发明的一种用于半捷联制导导弹的一体化控制方法，分以下步骤：

步骤1：建立导引头稳定跟踪与弹体姿态控制一体化数学模型，包括弹体姿态运动学模型、框架运动学模型、角跟踪系统模型、一体化数学模型；

步骤2：设计一体化控制器构型；

步骤3：基于非线性动态逆的控制器设计。

本发明通过以上三个步骤，即首先建立一体化模型，然后在此基础上设计基于内外环的一体化控制器构型，最后分别设计内外环控制回路的非线性动态逆控制律。最终解决导引头稳定跟踪控制回路与弹体姿态控制回路之间的耦合问题，提高了半捷联制导导弹的控制效果。

本发明的优点在于：

(1)通过分析了导引头稳定跟踪控制回路与弹体姿态控制回路之间的耦合关系，在这基础上建立了导引头稳定跟踪与弹体姿态控制一体化数学模型，为后续一体化控制器设计提供了数学模型与理论基础；

(2)根据一体化模型，设计的基于内外环的一体化控制构型，解决了控制回路之间的耦合问题，降低了控制系统设计的保守性，提高了系统的综合性能；

(3)采用动态逆控制理论设计的控制律，该控制律能够保证导引头稳定跟踪与弹体姿态一体化模型的快速性、收敛性与稳定性。

附图说明

图1为本发明的方法流程图；

图2为弹体坐标系与探测坐标系之间的关系图；

图3为半捷联导引头光轴指向空间几何关系图；

图4为双回路非线性动态逆一体化控制器框图；

图5为非线性动态逆控制流程示意图；

图6为α、β、γ_v的跟踪误差图；

图7为实际舵偏角图；

图8为实际失调角图；

图9为实际框架角速度意图；

图10为实际框架角图。

具体实施方式

下面将结合附图和实施例对本发明作进一步的详细说明。

本发明采用了一体化设计方法，通过建立半捷联导引头与弹体姿态控制一体化模型，使用非线性动态逆控制技术，达到了两个分系统之间的协调控制效果，具有弹体姿态响应速度快、导引头跟踪误差小等优势，对半捷联导弹控制系统的工程设计具有指导性意义。

本发明是一种用于半捷联制导导弹的一体化控制方法，流程如图1所示，包括以下几个步骤：

步骤1：建立导引头稳定跟踪与弹体姿态控制一体化数学模型，包括弹体姿态运动学模型、框架运动学模型、角跟踪系统模型、一体化数学模型。

(1)弹体姿态运动学模型