[发明专利]一种大空域高动态火箭子级落区精确垂直回收控制方法

权利要求书

1.一种大空域高动态火箭子级落区精确垂直回收控制方法，其特征在于：该方法依托制导控制系统，包括制导模块和控制模块，采用快速时变、多通道耦合姿态控制方法，利用双核嵌入式计算机解算的火箭一子级当前马赫数和位姿信息，进行大空域高动态高马赫飞行状态下的控制律解算，实时求取火箭子级栅格舵的俯仰、偏航和滚转通道控制参数和控制指令，导引一子级向目标点区域垂直降落。

2.根据权利要求1所述的大空域高动态火箭子级落区精确垂直回收控制方法，其特征在于：所述的制导模块设计过程分为两个阶段，具体为：

第一阶段：启控后纵向过载指令采用带有虚拟目标点的改进比例导引方法；过渡方式：采用指数过渡，Δx＝Δx₀.e^-Δt；Δt＝t_cs-t_f为过渡时间，t_cs为控制系统时间，t_f为前置距离过渡阶段的起始时间；t_p＝t_f-t_c1为前置距离维持时间，t_c1为控制第一阶段维持时间；

第二阶段：实时判断火箭一子级相对落点的位置信息，进行导引切除。

3.根据权利要求2所述的大空域高动态火箭子级落区精确垂直回收控制方法，其特征在于：导引切除方法具体为：

计算箭体当前的高程比h/x，即在目标系下，箭体的高度h和距离目标点的x轴向距离的比值；

当高程比小于a1时，纵向过载指令n_cy过渡到上一阶段法向过载指令的n1倍；当高程比大于a2时，纵向过载指令n_cy设置为上一阶段法向过载指令绝对值的n2倍，并将过载的边界限制在n3以内；同时箭体距目标系x轴向距离小于c1km时，纵向过载指令在一个π时间内将指令系数由1递减为0，之后保持不变；当箭体距目标系x轴向距离小于c2km，侧向过载指令在一个π时间内将指令系数由1递减为0，之后保持不变。

4.根据权利要求1所述的制导控制系统采用快速时变、多通道耦合姿态控制方法设计，其特征在于：控制模块采用三通道解耦设计，实现对火箭一子级的俯仰、偏航和滚转三通道分别进行控制；俯仰回路控制子系统用于增加弹体角运动的阻尼，跟踪制导系统按导引规律制定的法向过载指令，控制运载火箭一子级稳定飞行，直至降落飞行至目标点；侧向控制系统与纵向控制系统具有相同的结构；滚转控制系统用于稳定一子级的滚转角位置、阻尼弹体滚转角速度。

5.根据权利要求1所述的大空域高动态火箭子级落区精确垂直回收控制方法，其特征在于：所述的控制参数和控制指令设计，包括俯仰通道、偏航通道和滚转通道；

俯仰和偏航通道参数设计中，设计控制参数K_ω将角速度阻尼回路的阻尼提高到0.7；设计控制参数K_θ使控制回路相角裕度大于45°，幅值裕度应大于6dB；设计控制参数K_α使制导回路相角裕度大于45°，幅值裕度大于6dB，制导回路的截止频率要为滚转系统开环截止频率的三分之一；

滚转通道参数设计中，取滚转通道带宽为舵机带宽频率的三分之一，同时保证为俯仰通道带宽频率的三倍。

6.根据权利要求1所述的大空域高动态火箭子级落区精确垂直回收控制方法，其特征在于：针对实际飞行过程中，箭体的振动影响箭载惯导角速度输出信号中会产生耦合高频噪声信号，设计陷波滤波器进行噪声抑制；

陷波滤波方法如下：

陷波频率ω_t＝2πf；陷波深度h₁，h₂，陷波器传递函数模型设计为：

陷波器连续传递函数采用5ms离散化处理，f为噪声的主频。