第四章導(dǎo)彈控制系統(tǒng)演示文稿

第四章導(dǎo)彈控制系統(tǒng)演示文稿現(xiàn)在是1頁(yè)\一共有70頁(yè)\編輯于星期四第四章導(dǎo)彈控制系統(tǒng)現(xiàn)在是2頁(yè)\一共有70頁(yè)\編輯于星期四3第四章導(dǎo)彈控制系統(tǒng)現(xiàn)在是3頁(yè)\一共有70頁(yè)\編輯于星期四4導(dǎo)彈控制系統(tǒng)為了改變導(dǎo)彈的飛行方向，必需控制作用在導(dǎo)彈上的法向力（法向過載），就要利用姿態(tài)控制系統(tǒng)的相應(yīng)通道，因?yàn)樽藨B(tài)控制系統(tǒng)的任務(wù)之一就是為了保持導(dǎo)彈角位移的給定值。為了概略描述對(duì)完成法向過載控制功能的姿態(tài)控制系統(tǒng)所提出的主要要求，必須首先指出導(dǎo)彈的某些動(dòng)力學(xué)特性?，F(xiàn)在是4頁(yè)\一共有70頁(yè)\編輯于星期四5導(dǎo)彈控制系統(tǒng)在大多數(shù)情況下開環(huán)控制法向過載是很困難的，甚至是不可能的。因?yàn)椋捍蠖鄶?shù)現(xiàn)代導(dǎo)彈的快速擾動(dòng)運(yùn)動(dòng)的衰減都很小。另外，由于飛行速度及高度的變化，導(dǎo)彈動(dòng)力學(xué)特性不是恒定不變的，這對(duì)制導(dǎo)過程極為不利。隨著導(dǎo)彈迎角增大，彈體空氣動(dòng)力特性的非線性也常常明顯地影響制導(dǎo)系統(tǒng)的工作。所以要研究姿態(tài)控制系統(tǒng)應(yīng)該滿足怎樣的要求?，F(xiàn)在是5頁(yè)\一共有70頁(yè)\編輯于星期四6導(dǎo)彈控制系統(tǒng)下面首先根據(jù)這個(gè)任務(wù)來(lái)研究姿態(tài)控制系統(tǒng)應(yīng)該滿足怎樣的要求。姿態(tài)控制系統(tǒng)的自由運(yùn)動(dòng)應(yīng)該具有良好的阻尼。這是實(shí)現(xiàn)制導(dǎo)回路（穩(wěn)定回路是其組成元件）穩(wěn)定條件所必須的。穩(wěn)定系統(tǒng)自由振蕩的阻尼程度應(yīng)該這樣選擇：在急劇變化的制導(dǎo)指令（接近于階躍指令）作用下迎角超調(diào)量不太大。一般要求?，F(xiàn)在是6頁(yè)\一共有70頁(yè)\編輯于星期四7導(dǎo)彈控制系統(tǒng)為了提高制導(dǎo)精度，必須降低導(dǎo)彈飛行高度即速度對(duì)穩(wěn)定系統(tǒng)動(dòng)力學(xué)特性的影響。要求法向過載控制回路閉環(huán)傳遞系數(shù)的變化盡可能小。這是因?yàn)樵诓桓淖儌鬟f系數(shù)的情況下，為了保證必需的穩(wěn)定裕度，只能要求減小制導(dǎo)回路開環(huán)傳遞系數(shù)，這同樣會(huì)影響制導(dǎo)精度?，F(xiàn)在是7頁(yè)\一共有70頁(yè)\編輯于星期四8導(dǎo)彈控制系統(tǒng)除了校正導(dǎo)彈動(dòng)力學(xué)特性這個(gè)任務(wù)外，姿態(tài)控制系統(tǒng)還必須完成一系列其他任務(wù)。主要有以下幾點(diǎn)：（1）系統(tǒng)具有的通頻帶寬不應(yīng)小于給定值：通頻帶寬主要由制導(dǎo)系統(tǒng)的工作條件決定（有效制導(dǎo)信號(hào)及干擾信號(hào)的性質(zhì)），同時(shí)也受到工程實(shí)現(xiàn)的限制。

（2）系統(tǒng)應(yīng)該能夠有效地抑制作用在導(dǎo)彈上的外部干擾以及穩(wěn)定系統(tǒng)設(shè)備本身的內(nèi)部干擾?，F(xiàn)在是8頁(yè)\一共有70頁(yè)\編輯于星期四9導(dǎo)彈控制系統(tǒng)（3）

姿態(tài)控制系統(tǒng)的附加任務(wù)是將最大過載限制在某一給定值，這種限制值決定于導(dǎo)彈及彈上設(shè)備結(jié)構(gòu)元件的強(qiáng)度。對(duì)于大迎角導(dǎo)彈，還要限制其最大使用迎角，以確保其穩(wěn)定性和其他性能。制導(dǎo)系統(tǒng)對(duì)該系統(tǒng)的要求與該系統(tǒng)本身提出的要求常常是矛盾的，因此在設(shè)計(jì)時(shí)經(jīng)常不得不尋找綜合解決的方法。應(yīng)使系統(tǒng)首先去滿足影響制導(dǎo)精度的最主要的基本要求。下面首先簡(jiǎn)單的給出導(dǎo)彈的動(dòng)力學(xué)模型?，F(xiàn)在是9頁(yè)\一共有70頁(yè)\編輯于星期四§4.1導(dǎo)彈動(dòng)力學(xué)模型現(xiàn)在是10頁(yè)\一共有70頁(yè)\編輯于星期四11§4.1.1導(dǎo)彈剛體運(yùn)動(dòng)的一般表達(dá)式確定六自由度的導(dǎo)彈剛體運(yùn)動(dòng)，需要6個(gè)運(yùn)動(dòng)方程，即3個(gè)力方程和3個(gè)力矩方程。現(xiàn)在先給出導(dǎo)彈剛體運(yùn)動(dòng)的一般表達(dá)式。(4.1.1)現(xiàn)在是11頁(yè)\一共有70頁(yè)\編輯于星期四12§4.1.1導(dǎo)彈剛體運(yùn)動(dòng)的一般表達(dá)式現(xiàn)在討論方程組的意義：第一個(gè)方程表明，若導(dǎo)彈存在俯仰和（或）偏航角速度時(shí)，會(huì)影響導(dǎo)彈的縱向加速度特性。在第二個(gè)方程中，項(xiàng)表明在Oy1方向上存在一個(gè)由滾動(dòng)運(yùn)動(dòng)引起的力，換句話說由于滾動(dòng)角速度的存在，導(dǎo)彈的偏航運(yùn)動(dòng)被耦合到俯仰運(yùn)動(dòng)中。第三個(gè)方程中的項(xiàng)亦是如此。由于要求兩個(gè)通道完全去耦，其理想的條件是。這就是為什么在設(shè)計(jì)導(dǎo)彈控制系統(tǒng)時(shí)一般采用滾動(dòng)角穩(wěn)定的控制方式的主要原因之一?，F(xiàn)在是12頁(yè)\一共有70頁(yè)\編輯于星期四13§4.1.1導(dǎo)彈剛體運(yùn)動(dòng)的一般表達(dá)式在第四個(gè)方程中，是慣性積，它表明了交叉耦合的特性，若導(dǎo)彈具有兩個(gè)對(duì)稱面，則，那么，即表明交叉耦合不存在，這就是往往采用軸對(duì)稱布局的依據(jù)。在第五、六這兩個(gè)方程中，若仍采用的措施，則交叉耦合項(xiàng)可以忽略，即現(xiàn)在是13頁(yè)\一共有70頁(yè)\編輯于星期四14§4.1.1導(dǎo)彈剛體運(yùn)動(dòng)的一般表達(dá)式為使設(shè)計(jì)工作簡(jiǎn)便可靠，必須對(duì)該式進(jìn)行簡(jiǎn)化。簡(jiǎn)化條件為：1、采用飛行參數(shù)固化原則，即可取彈道上某一時(shí)刻t飛行速度v、飛行高度、發(fā)動(dòng)機(jī)推力P、導(dǎo)彈的質(zhì)量m和轉(zhuǎn)動(dòng)慣量J不變。2、導(dǎo)彈采用軸對(duì)稱布局形式。3、導(dǎo)彈在受到控制或干擾作用時(shí)，導(dǎo)彈的參數(shù)變化不大，且導(dǎo)彈的使用迎角較小。控制系統(tǒng)保證實(shí)現(xiàn)滾動(dòng)角穩(wěn)定，并具有足夠的快速性。現(xiàn)在是14頁(yè)\一共有70頁(yè)\編輯于星期四15（一）彈體動(dòng)力學(xué)小擾動(dòng)線性化模型由于導(dǎo)彈采用軸對(duì)稱布局，因此它的俯仰和偏航運(yùn)動(dòng)由兩個(gè)完全相同的方程描述（）剛體滾動(dòng)動(dòng)力學(xué)數(shù)學(xué)模型現(xiàn)在是15頁(yè)\一共有70頁(yè)\編輯于星期四16（一）彈體動(dòng)力學(xué)小擾動(dòng)線性化模型（1）α1為導(dǎo)彈的空氣動(dòng)力阻尼。它是角速度增量為單位增量時(shí)所引起的導(dǎo)彈轉(zhuǎn)動(dòng)角加速度增量。因?yàn)?lt;0,所以角加速度的方向永遠(yuǎn)與角速度增量的方向相反。由于角加速度的作用是阻礙導(dǎo)彈繞Oz1的轉(zhuǎn)動(dòng)，所以它的作用稱為阻尼作用，α1就稱為阻尼系數(shù)。(2)表征導(dǎo)彈的靜穩(wěn)定性。

下面分別介紹其物理意義現(xiàn)在是16頁(yè)\一共有70頁(yè)\編輯于星期四17（一）彈體動(dòng)力學(xué)小擾動(dòng)線性化模型（3）為導(dǎo)彈的舵效率系數(shù)，它是操縱面偏轉(zhuǎn)一單位增量時(shí)所引起的導(dǎo)彈角加速度。（4）為彈道切線轉(zhuǎn)動(dòng)的角速度增量。（5）為當(dāng)迎角不變時(shí)，由于操縱面作單位偏轉(zhuǎn)所引起的彈道切線轉(zhuǎn)動(dòng)的角速度增量?，F(xiàn)在是17頁(yè)\一共有70頁(yè)\編輯于星期四18（一）彈體動(dòng)力學(xué)小擾動(dòng)線性化模型（6）為洗流延遲對(duì)于俯仰力矩的影響。（7）為導(dǎo)彈滾動(dòng)方向的空氣動(dòng)力阻尼系數(shù)。（8）為導(dǎo)彈的副翼效率。

現(xiàn)在是18頁(yè)\一共有70頁(yè)\編輯于星期四19（一）彈體動(dòng)力學(xué)小擾動(dòng)線性化模型α2系數(shù)的表達(dá)式還可以寫成眾所周知，壓心位置xd是迎角的函數(shù)。因此α2亦是迎角a的函數(shù)。因?yàn)?，若不變，則當(dāng)Δx>0時(shí)，α2<0

，即導(dǎo)彈處于不穩(wěn)定狀態(tài)；當(dāng)Δx=0時(shí)，α2=0

，即導(dǎo)彈處于中立不穩(wěn)定狀態(tài)；當(dāng)Δx<0時(shí)，α2>0

，即導(dǎo)彈處于靜穩(wěn)定狀態(tài)。

因此，系數(shù)α2的正或負(fù)和數(shù)值大小反映了導(dǎo)彈靜穩(wěn)定度的情況，同時(shí)，隨著迎角的變化，導(dǎo)彈的靜穩(wěn)定度亦發(fā)生變化。這是很重要的概念?，F(xiàn)在是19頁(yè)\一共有70頁(yè)\編輯于星期四20（二）彈體動(dòng)力學(xué)傳遞函數(shù)現(xiàn)在是20頁(yè)\一共有70頁(yè)\編輯于星期四21（1）導(dǎo)彈縱向剛體運(yùn)動(dòng)傳遞函數(shù)導(dǎo)彈縱向從舵角到俯仰角速度和從舵角到彈道傾角速度的傳遞函數(shù)為忽略的影響（對(duì)旋轉(zhuǎn)彈翼式導(dǎo)彈，α5不能忽略），有現(xiàn)在是21頁(yè)\一共有70頁(yè)\編輯于星期四22（1）導(dǎo)彈縱向剛體運(yùn)動(dòng)傳遞函數(shù)1)當(dāng)α2+α1α4>0時(shí)，導(dǎo)彈縱向運(yùn)動(dòng)傳遞函數(shù)為傳遞函數(shù)系數(shù)計(jì)算公式為現(xiàn)在是22頁(yè)\一共有70頁(yè)\編輯于星期四23（1）導(dǎo)彈縱向剛體運(yùn)動(dòng)傳遞函數(shù)2）當(dāng)α2+α1α4<0時(shí)，導(dǎo)彈縱向運(yùn)動(dòng)傳遞函數(shù)為傳遞函數(shù)系數(shù)計(jì)算公式為現(xiàn)在是23頁(yè)\一共有70頁(yè)\編輯于星期四24（1）導(dǎo)彈縱向剛體運(yùn)動(dòng)傳遞函數(shù)3)當(dāng)α2+α1α4=0時(shí),導(dǎo)彈縱向運(yùn)動(dòng)傳遞函數(shù)為傳遞函數(shù)系數(shù)計(jì)算公式為現(xiàn)在是24頁(yè)\一共有70頁(yè)\編輯于星期四25（1）導(dǎo)彈縱向剛體運(yùn)動(dòng)傳遞函數(shù)4）從舵角到導(dǎo)彈法向過載n的傳遞函數(shù)導(dǎo)彈法向過載n，與俯仰角

的關(guān)系可以用以下公式描述

據(jù)此，還可以求出從舵角到導(dǎo)彈法向過載n的傳遞函數(shù)。如忽略的影響，且當(dāng)α2+α1α4>0時(shí)，導(dǎo)彈縱向運(yùn)動(dòng)從舵角到導(dǎo)彈法向過載n的傳遞函數(shù)為：現(xiàn)在是25頁(yè)\一共有70頁(yè)\編輯于星期四26（3）導(dǎo)彈傾斜剛體運(yùn)動(dòng)傳遞函數(shù)導(dǎo)彈傾斜剛體運(yùn)動(dòng)傳遞函數(shù)為傳遞函數(shù)系數(shù)計(jì)算公式為現(xiàn)在是26頁(yè)\一共有70頁(yè)\編輯于星期四27§4.2典型導(dǎo)彈姿態(tài)控制系統(tǒng)導(dǎo)彈的控制系統(tǒng)根據(jù)導(dǎo)彈類型的不同、制導(dǎo)系統(tǒng)的類型不同由不同的控制系統(tǒng)構(gòu)型，下面重點(diǎn)討論常用的四種典型導(dǎo)彈姿態(tài)控制及飛行過載控制系統(tǒng)，它們是開環(huán)飛行控制系統(tǒng)、速率陀螺飛行控制系統(tǒng)、積分速率陀螺飛行控制系統(tǒng)和加速度表飛行控制系統(tǒng)，對(duì)其他類型的飛行控制系統(tǒng)只作簡(jiǎn)單的介紹。

現(xiàn)在是27頁(yè)\一共有70頁(yè)\編輯于星期四28§4.2.1開環(huán)飛行控制系統(tǒng)開環(huán)飛行控制系統(tǒng)如圖4-1所示。它不需要采用測(cè)量?jī)x表。圖4-1開環(huán)飛行控制系統(tǒng)除電子增益KOL外，飛行控制系統(tǒng)傳遞函數(shù)是純彈體傳遞函數(shù)。因?yàn)閷?dǎo)彈具有小的氣動(dòng)阻尼，所以系統(tǒng)傳遞函數(shù)將是弱阻尼。這類開環(huán)飛行控制系統(tǒng)適用于象紅外制導(dǎo)系統(tǒng)那樣的光電制導(dǎo)系統(tǒng)。為了獲得適當(dāng)?shù)哪┲茖?dǎo)系統(tǒng)特性，彈體必須穩(wěn)定。因而，該種類型的飛行控制系統(tǒng)的彈體重心絕不宜移到全彈壓心的后面?，F(xiàn)在是28頁(yè)\一共有70頁(yè)\編輯于星期四29§4.2.1開環(huán)飛行控制系統(tǒng)為了獲得單位加速度增益，就選取KOL為彈體增益的倒數(shù)。由于彈體增益Kn隨飛行條件而改變，控制系統(tǒng)增益亦將隨之變化，因此對(duì)于使用這種簡(jiǎn)單控制系統(tǒng)的導(dǎo)彈要求精確地確定氣動(dòng)特性，即為了獲得滿意的足以精確控制有效導(dǎo)航比的氣動(dòng)增益特性需要進(jìn)行廣泛的全尺寸風(fēng)洞試驗(yàn)。現(xiàn)在是29頁(yè)\一共有70頁(yè)\編輯于星期四30§4.2.2速率陀螺飛行控制系統(tǒng)速率陀螺飛行控制系統(tǒng)用一個(gè)速率陀螺接在角速度指令系統(tǒng)中。飛行控制系統(tǒng)增益K提供了單位加速度傳輸增益。在通常情況下，回路增益都小于1。因此這種系統(tǒng)對(duì)高度和馬赫數(shù)的變化特別敏感。另外，指令的任何噪聲都會(huì)被高增益放大，這就對(duì)導(dǎo)引頭測(cè)量元件的噪聲要求更嚴(yán)格，而且為了避免噪聲飽和，要求執(zhí)行機(jī)構(gòu)電子設(shè)備有大的動(dòng)態(tài)范圍。圖4-3速率陀螺飛行控制系統(tǒng)現(xiàn)在是30頁(yè)\一共有70頁(yè)\編輯于星期四31§4.2.2速率陀螺飛行控制系統(tǒng)圖4-4繪出了自動(dòng)駕駛儀增益隨馬赫數(shù)和高度的典型變化。應(yīng)注意到，縱坐標(biāo)是校準(zhǔn)乘積（KKR），以便降低曲線動(dòng)態(tài)范圍。調(diào)整速率回路增益KR以便增加彈體的低阻尼，因此這個(gè)方案更適合于雷達(dá)末制導(dǎo)?，F(xiàn)在是31頁(yè)\一共有70頁(yè)\編輯于星期四32§4.2.2速率陀螺飛行控制系統(tǒng)

這個(gè)系統(tǒng)的動(dòng)態(tài)響應(yīng)基本上是具有理想阻尼和有比彈體自然頻率稍高的二階傳遞函數(shù)的響應(yīng)。典型情況下，在低高度和高馬赫數(shù)時(shí)這個(gè)頻率是高的，并且隨著高度增加或馬赫數(shù)的降低而降低。因而其響應(yīng)時(shí)間短，但隨飛行條件變化?？傊?，速率陀螺飛行控制系統(tǒng)具有良好的阻尼，但是它的加速度增益比開環(huán)系統(tǒng)更依賴于速度和高度。它的時(shí)間常數(shù)是短的，但是它取決于高度和馬赫數(shù)的氣動(dòng)參數(shù)。

現(xiàn)在是32頁(yè)\一共有70頁(yè)\編輯于星期四33§4.2.3積分速陀螺飛行控制系統(tǒng)積分速率陀螺飛行控制系統(tǒng)除了把速率信號(hào)本身反饋回去外，還把速率陀螺信號(hào)的積分反饋回去，如圖4-5所示。圖4-5積分速率陀螺飛行控制系統(tǒng)現(xiàn)在是33頁(yè)\一共有70頁(yè)\編輯于星期四34§4.2.3積分速陀螺飛行控制系統(tǒng)在短時(shí)間間隔范圍內(nèi)，速率陀螺信號(hào)的積分正比于迎角。產(chǎn)生的控制力矩將有助于穩(wěn)定迎角的擾動(dòng)。這種系統(tǒng)不用超前網(wǎng)絡(luò)就能夠穩(wěn)定不穩(wěn)定的彈體。不過這種系統(tǒng)在低馬赫數(shù)和高高度工作條件下動(dòng)態(tài)響應(yīng)比較遲緩，因此常在回路中串入一個(gè)校正網(wǎng)絡(luò)，加速系統(tǒng)的動(dòng)態(tài)響應(yīng)。積分速率陀螺飛行控制系統(tǒng)自動(dòng)駕駛儀增益基本與高度無(wú)關(guān)，并且與速度成反比，因此，即使在對(duì)氣動(dòng)數(shù)據(jù)不清楚的情況下，也可以在一個(gè)較大的高度范圍內(nèi)保持有效導(dǎo)航比?，F(xiàn)在是34頁(yè)\一共有70頁(yè)\編輯于星期四35§4.2.3積分速陀螺飛行控制系統(tǒng)圖4-6積分速率陀螺飛行控制系統(tǒng)自動(dòng)駕駛儀增益與高度及馬赫數(shù)的關(guān)系為加速系統(tǒng)的動(dòng)態(tài)響應(yīng)，在速率陀螺輸出處裝有校正網(wǎng)絡(luò)能夠抵消彈體旋轉(zhuǎn)速率時(shí)間常數(shù)，并用較短的時(shí)間常數(shù)代替它，以便降低系統(tǒng)的長(zhǎng)響應(yīng)時(shí)間?，F(xiàn)在是35頁(yè)\一共有70頁(yè)\編輯于星期四36§4.2.4加速度表飛行控制系統(tǒng)把一個(gè)加速度表裝于導(dǎo)彈上，并且接在系統(tǒng)中，用加速度指令和實(shí)際加速度間的誤差去控制系統(tǒng)。這種系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)了與高度和馬赫數(shù)基本無(wú)關(guān)的增益控制和對(duì)穩(wěn)定或不穩(wěn)定導(dǎo)彈的快速響應(yīng)時(shí)間。圖4-4加速度表飛行控制系統(tǒng)現(xiàn)在是36頁(yè)\一共有70頁(yè)\編輯于星期四37§4.2.3積分速陀螺飛行控制系統(tǒng)控制系統(tǒng)增益K0提供了單位傳輸。導(dǎo)彈自動(dòng)駕駛儀增益K0與高度和馬赫數(shù)基本無(wú)關(guān)，如圖4—8所示。換句話說，這個(gè)系統(tǒng)的增益是魯棒的。圖4-8加速度表飛行控制自動(dòng)駕駛儀增益與高度及馬赫數(shù)的關(guān)系現(xiàn)在是37頁(yè)\一共有70頁(yè)\編輯于星期四38§4.2.3積分速陀螺飛行控制系統(tǒng)與前幾種飛行控制系統(tǒng)不同的是，加速度表飛行控制系統(tǒng)具有三個(gè)控制增益。無(wú)論是穩(wěn)定還是不穩(wěn)定的彈體，由這三個(gè)增益的適當(dāng)組合就可以得到時(shí)間參數(shù)、阻尼和截止頻率的特定值。這種系統(tǒng)的時(shí)間常數(shù)并不限制大于導(dǎo)彈旋轉(zhuǎn)速率時(shí)間常數(shù)的值。因此，我們可以用增益KR確定阻尼回路截止頻率，ω1確定法向過載回路阻尼，KA確定法向過載回路時(shí)間常數(shù)。這樣，導(dǎo)彈的時(shí)間響應(yīng)可以降低到適合于攔截高性能飛機(jī)的要求值。這種高性能飛機(jī)在企圖逃避攔截時(shí)可以作劇烈的機(jī)動(dòng)。現(xiàn)在是38頁(yè)\一共有70頁(yè)\編輯于星期四39§4．3其他類型飛行控制系統(tǒng)簡(jiǎn)介現(xiàn)在是39頁(yè)\一共有70頁(yè)\編輯于星期四40§4.3.1角加速度表飛行控制系統(tǒng)加速度表飛行控制系統(tǒng)利用加速度表和速率陀螺反饋來(lái)構(gòu)成導(dǎo)彈自動(dòng)駕駛儀。通過調(diào)整加速度表和角加速度表的反饋控制增益，可以使飛行控制系統(tǒng)獲得滿意的頻帶寬度和一定的阻尼系數(shù)。圖4-9角加速度表飛行控制系統(tǒng)現(xiàn)在是40頁(yè)\一共有70頁(yè)\編輯于星期四41§4.3.1角加速度表飛行控制系統(tǒng)由于角加速度表飛行控制系統(tǒng)閉環(huán)頻帶寬度與阻尼系數(shù)是相關(guān)的(近似成反比關(guān)系)，所以當(dāng)要求較大的閉環(huán)頻帶寬度時(shí)，可能會(huì)造成阻尼偏小。為了改善角加速度表飛行控制系統(tǒng)的性能，可以在導(dǎo)彈自動(dòng)駕駛儀中引入積分校正，這樣就得到了角加速度表積分飛行控制系統(tǒng)。現(xiàn)在是41頁(yè)\一共有70頁(yè)\編輯于星期四42§4.3.2雙加速度表飛行控制系統(tǒng)把一個(gè)增益為K。的線加速度計(jì)放在重心前面距離c處，其輸出軸平行于導(dǎo)彈Oy軸，產(chǎn)生信號(hào)為（4-1）式中：——重心在Oy方向的線加速度；

——俯仰角加速度引起的線加速度分量。另外，把一個(gè)類似定向的加速度計(jì)放在重心后面距離d處。產(chǎn)生信號(hào)為(4-2)現(xiàn)在是42頁(yè)\一共有70頁(yè)\編輯于星期四43§4.3.2雙加速度表飛行控制系統(tǒng)盡管把加速度計(jì)放在重心后部，似乎根本是不可取的。但是，幾種眾所周知的導(dǎo)彈系統(tǒng)(如英國(guó)的“海標(biāo)槍”型)采用了間隔開的加速度計(jì)來(lái)提供儀表反饋，并且采用如下把兩個(gè)信號(hào)混合起來(lái)的創(chuàng)造性的方案：把前面的加速度計(jì)增益增為3Ka，而把后面的加速度計(jì)增益增為2Ka，但后者為正反饋。因此，總的負(fù)反饋為(4-3)現(xiàn)在是43頁(yè)\一共有70頁(yè)\編輯于星期四44§4.3.2雙加速度表飛行控制系統(tǒng)圖4-10兩個(gè)線加速度計(jì)組成的側(cè)向穩(wěn)定回路框圖這與角加速度表飛行控制系統(tǒng)是等效的。但是，該項(xiàng)大大地影響著穩(wěn)定回路的閉環(huán)傳遞函數(shù)分母中的s2及s項(xiàng)的系數(shù)。阻尼性能和穩(wěn)定性皆可通過選Ka、c、d擇等參數(shù)懼以調(diào)整?，F(xiàn)在是44頁(yè)\一共有70頁(yè)\編輯于星期四45§4.3.2雙加速度表飛行控制系統(tǒng)兩個(gè)線加速度計(jì)組成的側(cè)向穩(wěn)定回路具有如下特點(diǎn)：(1)這種穩(wěn)定回路最后簡(jiǎn)化為一個(gè)二階系統(tǒng)，選擇合適的參數(shù)，可以達(dá)到較好的動(dòng)態(tài)品質(zhì)，以滿足制導(dǎo)控制系統(tǒng)的要求；(2)這種方案應(yīng)用時(shí)，要特別注意導(dǎo)彈質(zhì)心的變化應(yīng)落在l1與l2之間。若質(zhì)心位置變到l1之前，系統(tǒng)就會(huì)變成正反饋，導(dǎo)致失穩(wěn)；若質(zhì)心位置變到l2之后，就會(huì)使系統(tǒng)性能變壞。(3)這種自動(dòng)駕駛儀較易調(diào)整到無(wú)超調(diào)狀態(tài)，特別適合于使用沖壓發(fā)動(dòng)機(jī)的導(dǎo)彈，可以有效防止沖壓發(fā)動(dòng)機(jī)因迎角和側(cè)滑角響應(yīng)過調(diào)而熄火。(4)這種方案只用一種線加速度計(jì)作為敏感元件，因此，在工程上實(shí)現(xiàn)是很簡(jiǎn)便的。現(xiàn)在是45頁(yè)\一共有70頁(yè)\編輯于星期四46§4.3.3姿態(tài)陀螺飛行控制系統(tǒng)姿態(tài)陀螺飛行控制系統(tǒng)結(jié)構(gòu)框圖見圖4-11。從中可以清楚地看出，通過引入滯后一超前校正完成姿態(tài)角反饋回路的綜合。圖4-11姿態(tài)陀螺飛行控制系統(tǒng)結(jié)構(gòu)框圖

現(xiàn)在是46頁(yè)\一共有70頁(yè)\編輯于星期四47§4.3.3姿態(tài)陀螺飛行控制系統(tǒng)導(dǎo)彈法向過載n，與俯仰角的關(guān)系可以用以下公式描述(4-4)從導(dǎo)彈法向過載nY，與俯仰角的關(guān)系可看出，用姿態(tài)角飛行控制系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)法向過載控制，需要進(jìn)行控制指令的變換，否則控制指令與自動(dòng)駕駛儀不適配。在工程上，通過引入累積濾波器來(lái)實(shí)現(xiàn)法向過載控制指令與姿態(tài)角飛行控制系統(tǒng)的適配(4-5)現(xiàn)在是47頁(yè)\一共有70頁(yè)\編輯于星期四48§4.3.3姿態(tài)陀螺飛行控制系統(tǒng)對(duì)于為命中靜止的或緩慢運(yùn)動(dòng)的目標(biāo)而設(shè)計(jì)的導(dǎo)彈飛行控制系統(tǒng)來(lái)說，采用姿態(tài)陀螺飛行控制系統(tǒng)是可行的。這種系統(tǒng)具有以下特點(diǎn)：(1)對(duì)人工操縱的導(dǎo)彈來(lái)說，引入姿態(tài)陀螺飛行控制系統(tǒng)可以大大降低手動(dòng)操縱難度，有效降低射手訓(xùn)練成本；(2)姿態(tài)陀螺飛行控制系統(tǒng)會(huì)自動(dòng)地對(duì)陣風(fēng)、推力偏心或擾動(dòng)起抵消作用；(3)在導(dǎo)彈的縱向通道，通過預(yù)置俯仰角，可以方便地實(shí)現(xiàn)導(dǎo)彈的重力補(bǔ)償功能。對(duì)于近地飛行的對(duì)地攻擊導(dǎo)彈，該系統(tǒng)可以有效減少碰地的概率?，F(xiàn)在是48頁(yè)\一共有70頁(yè)\編輯于星期四49§4.4傾斜運(yùn)動(dòng)穩(wěn)定與控制系統(tǒng)傾斜穩(wěn)定系統(tǒng)的基本任務(wù)由產(chǎn)生氣動(dòng)力的方法、制導(dǎo)系統(tǒng)的形式以及將制導(dǎo)信號(hào)變換為操縱機(jī)構(gòu)偏轉(zhuǎn)信號(hào)的方法來(lái)確定。對(duì)于飛機(jī)形的飛航式導(dǎo)彈，其產(chǎn)生法向力的方向只有一個(gè)，為使導(dǎo)彈在任何一個(gè)方向上產(chǎn)生機(jī)動(dòng)，必須借助改變迎角和傾斜角的方法，這時(shí)法向氣動(dòng)力的值由迎角確定，其方向有傾斜角來(lái)確定。這是極坐標(biāo)控制方法，傾斜回路是一個(gè)傾斜角控制系統(tǒng)。現(xiàn)在是49頁(yè)\一共有70頁(yè)\編輯于星期四50§4.4傾斜運(yùn)動(dòng)穩(wěn)定與控制系統(tǒng)對(duì)軸對(duì)稱導(dǎo)彈，借助體軸Oz1和Oy1轉(zhuǎn)動(dòng)的方法，即改變迎角和側(cè)滑角的辦法，來(lái)建立在數(shù)值和方向上所需要的法向力。這是直角坐標(biāo)控制方法。盡管此時(shí)對(duì)縱軸的轉(zhuǎn)動(dòng)不參與法向力的建立，但是為了實(shí)現(xiàn)制導(dǎo)，對(duì)傾斜運(yùn)動(dòng)的特征提出了一定的要求。在遙控制導(dǎo)中（指令制導(dǎo)是其中一種），保持傾斜角不變和等于零是傾斜穩(wěn)定系統(tǒng)的基本任務(wù)。傾斜回路是一傾斜角穩(wěn)定系統(tǒng)。

現(xiàn)在是50頁(yè)\一共有70頁(yè)\編輯于星期四51§4.4傾斜運(yùn)動(dòng)穩(wěn)定與控制系統(tǒng)在導(dǎo)彈上形成制導(dǎo)信號(hào)的情況下，即在以導(dǎo)彈坐標(biāo)系為基準(zhǔn)的自動(dòng)尋的制導(dǎo)和指令制導(dǎo)中，傾斜角穩(wěn)定是不需要的。當(dāng)導(dǎo)彈圍繞縱軸轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)，坐標(biāo)系扭轉(zhuǎn)了，而在此坐標(biāo)系中發(fā)生了目標(biāo)坐標(biāo)的改變并定出制導(dǎo)信號(hào)。這是并不破環(huán)制導(dǎo)和自動(dòng)駕駛儀通道之間的正常協(xié)調(diào)，但是傾斜角速度經(jīng)常導(dǎo)致俯仰、偏航和傾斜通道之間交叉耦合的出現(xiàn)，這種交叉耦合會(huì)顯著地影響自動(dòng)尋的制導(dǎo)過程?？刂圃O(shè)備的某些特點(diǎn)可能是這些耦合的原因之一，導(dǎo)彈執(zhí)行機(jī)構(gòu)動(dòng)態(tài)滯后是其中最重要的原因。慣性交叉耦合也是引起耦合的因素。為了盡可能地減弱交叉耦合對(duì)軸對(duì)稱導(dǎo)彈自動(dòng)尋的制導(dǎo)過程的影響，限制導(dǎo)彈傾斜角速度是穩(wěn)定系統(tǒng)的任務(wù)。傾斜回路是一傾斜角速度穩(wěn)定系統(tǒng)。現(xiàn)在是51頁(yè)\一共有70頁(yè)\編輯于星期四52導(dǎo)彈傾斜運(yùn)動(dòng)動(dòng)力學(xué)特性由前節(jié)知，傾斜運(yùn)動(dòng)傳遞函數(shù)為(4-6)式中：為滾動(dòng)傳遞系數(shù),

為滾動(dòng)時(shí)間常數(shù)?，F(xiàn)在是52頁(yè)\一共有70頁(yè)\編輯于星期四53一．傾斜干擾力矩軸對(duì)稱導(dǎo)彈的傾斜力矩由如下基本分量組成(4-7)式中：―來(lái)源于導(dǎo)彈制造誤差的不穩(wěn)定性；

―來(lái)源于傾斜操縱機(jī)構(gòu)的偏轉(zhuǎn)；

―來(lái)源于彈翼和尾翼所產(chǎn)生的傾斜運(yùn)動(dòng)之阻尼；

―來(lái)源于不對(duì)稱流動(dòng)，即所謂“斜吹力矩”；

―來(lái)源于引起氣流不對(duì)稱滾動(dòng)產(chǎn)生的力矩。

事實(shí)上，傾斜干擾力矩由如下幾項(xiàng)組成現(xiàn)在是53頁(yè)\一共有70頁(yè)\編輯于星期四54一．傾斜干擾力矩由導(dǎo)彈不對(duì)稱，其中包括由導(dǎo)彈制造和裝配所允許的公差引起的力矩，通常作用在一個(gè)方向，與其他干擾力矩分量比，變化是比較小的，因此用傾斜穩(wěn)定系統(tǒng)可毫無(wú)困難地克服它。在設(shè)計(jì)控制系統(tǒng)中，最大的麻煩就是斜吹力矩，特別是在鴨式或旋轉(zhuǎn)彈翼導(dǎo)彈上，這個(gè)力矩可能是非常大的。實(shí)際上，在傾斜穩(wěn)定系統(tǒng)綜合時(shí)要求已知干擾力矩上界就可以了?，F(xiàn)在是54頁(yè)\一共有70頁(yè)\編輯于星期四55傾斜角穩(wěn)定系統(tǒng)圖4-12最簡(jiǎn)單的傾斜角穩(wěn)定系統(tǒng)

在遙控制導(dǎo)中經(jīng)常要求穩(wěn)定傾斜角。為了實(shí)現(xiàn)傾斜角的穩(wěn)定，需要測(cè)量實(shí)際傾斜角與給定傾斜角之偏差，為此，必須使用自由陀螺。下面我們來(lái)研究最簡(jiǎn)單的傾斜角穩(wěn)定系統(tǒng)的基本特性，此時(shí)系統(tǒng)由控制對(duì)象、自由陀螺和舵機(jī)所組成，見圖4-12?，F(xiàn)在是55頁(yè)\一共有70頁(yè)\編輯于星期四56傾斜角穩(wěn)定系統(tǒng)假定舵機(jī)是理想的，用傳遞增益Ka來(lái)描述，自由陀螺也是理想的，用傳遞增益來(lái)描述。閉環(huán)系統(tǒng)傳遞函數(shù)為（4-8）從系統(tǒng)的傳遞函數(shù)中可以看出，為提高系統(tǒng)對(duì)干擾的抑制作用，必須提高控制器的增益。但是隨著這個(gè)增益的增大，增強(qiáng)了閉環(huán)系統(tǒng)的振蕩性。為了使系統(tǒng)在確保要求的穩(wěn)態(tài)誤差值的條件下仍具有理想的過渡過程品質(zhì)，需要引入傾斜角速度反饋。現(xiàn)在是56頁(yè)\一共有70頁(yè)\編輯于星期四57（一）有靜差穩(wěn)定系統(tǒng)圖4-13傾斜穩(wěn)定系統(tǒng)方框圖在工程中可由微分陀螺直接測(cè)量或?qū)ψ杂赏勇葺敵鲞M(jìn)行微分等方案實(shí)現(xiàn)傾斜角穩(wěn)定系統(tǒng)的角速度反饋。下面研究由傾斜角速度反饋所形成的有靜差傾斜角穩(wěn)定系統(tǒng)的基本特征。假定傾斜角和傾斜角速度反饋被理想地實(shí)現(xiàn)，舵?zhèn)鲃?dòng)機(jī)構(gòu)同樣是理想的，見圖4-13。穩(wěn)定系統(tǒng)反饋方程可寫為(4-9)現(xiàn)在是57頁(yè)\一共有70頁(yè)\編輯于星期四58（一）有靜差穩(wěn)定系統(tǒng)傾斜角對(duì)干擾力矩之響應(yīng)，可由以下閉環(huán)系統(tǒng)傳遞函數(shù)來(lái)描述（4-10）式中：由此可看出，理想的傾斜穩(wěn)定系統(tǒng)是振蕩環(huán)節(jié)。顯然，為了提高快速性，必須增大穩(wěn)定系K1，利用適當(dāng)挑選K2的辦法可能得到所需要的振蕩阻尼。總之，人們這樣選擇穩(wěn)定系統(tǒng)的參數(shù)：根據(jù)穩(wěn)定系統(tǒng)穩(wěn)定裕度和截止頻率要求，確定開環(huán)系統(tǒng)的特性；根據(jù)系統(tǒng)抗干擾及穩(wěn)定誤差要求，確定閉環(huán)系統(tǒng)的特性。現(xiàn)在是58頁(yè)\一共有70頁(yè)\編輯于星期四59（二）無(wú)靜差穩(wěn)定系統(tǒng)在許多對(duì)傾斜穩(wěn)定的精度提出更高要求的情況下，為了消除穩(wěn)定誤差，采用了無(wú)靜差系統(tǒng)。這時(shí)，積分的引入是不可避免的。在工程中可用如下兩種方法來(lái)實(shí)現(xiàn)無(wú)靜差穩(wěn)定系統(tǒng)：（1）在自由陀螺反饋系統(tǒng)中引入“比例＋積分”校正，在當(dāng)前數(shù)字機(jī)廣泛應(yīng)用的情況下，這種方案最簡(jiǎn)單、方便。（2）引入積分陀螺，這個(gè)方案目前很少使用。現(xiàn)在是59頁(yè)\一共有70頁(yè)\編輯于星期四60§4.4.3傾斜角速度穩(wěn)定系統(tǒng)在自動(dòng)尋的制導(dǎo)中一般要求穩(wěn)定傾斜角速度。如果導(dǎo)彈不操縱，作用在它上面的階躍干擾傾斜力矩使導(dǎo)彈繞縱軸轉(zhuǎn)動(dòng)，其角速度為因而，在過渡過程消失后建立起恒角速度（4-11）（4-12）借助于增加在低高度飛行時(shí)的氣動(dòng)阻尼的辦法來(lái)降低穩(wěn)態(tài)的傾斜角速度是不可能實(shí)現(xiàn)的，只能借助于包括傾斜角速度反饋在內(nèi)的導(dǎo)彈自動(dòng)控制系統(tǒng)來(lái)解決?，F(xiàn)在是60頁(yè)\一共有70頁(yè)\編輯于星期四61§4.4.3傾斜角速度穩(wěn)定系統(tǒng)圖4-14角速度穩(wěn)定系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖圖4-14為傾斜角速度穩(wěn)定系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖。在系統(tǒng)中引入了一個(gè)角速度硬反饋信號(hào)，開環(huán)系統(tǒng)傳遞函數(shù)為（4-13）系統(tǒng)對(duì)干擾力矩的響應(yīng)，由下列閉環(huán)系統(tǒng)對(duì)應(yīng)傳遞函數(shù)來(lái)描述（4-14）現(xiàn)在是61頁(yè)\一共有70頁(yè)\編輯于星期四62§4.4.3傾斜角速度穩(wěn)定系統(tǒng)將此式與導(dǎo)彈傳遞函數(shù)比較（4-15）可以看出，傾斜角速度反饋的作用等效于導(dǎo)彈氣動(dòng)阻尼的增加或慣性的降低，另外，過渡過程也加快了。引入反饋后，在階躍干擾的作用下，傾斜角速度的穩(wěn)態(tài)值為（4-16）這種方法不能消除傾斜角速度，為了減少這個(gè)角速度必須挑選盡可能大的開環(huán)系統(tǒng)傳遞系數(shù)K0=KdxKa?，F(xiàn)在是62頁(yè)\一共有70頁(yè)\編輯于星期四63（一）微分陀螺穩(wěn)定系統(tǒng)圖4-15具有微分陀螺的傾斜角速度穩(wěn)定系統(tǒng)微分陀螺穩(wěn)定系統(tǒng)由測(cè)量角速度的微分陀螺、傾斜操縱機(jī)構(gòu)和彈體組成在這里，傳遞機(jī)構(gòu)以一階慣性環(huán)節(jié)來(lái)近似，理想速率陀螺用增益為1的環(huán)節(jié)來(lái)近似。系統(tǒng)的閉環(huán)傳遞函數(shù)?，F(xiàn)在是63頁(yè)\一共有70頁(yè)\編輯于星期四64（一）微分陀螺穩(wěn)定系統(tǒng)系統(tǒng)的閉環(huán)傳遞函數(shù)為：（4-17）式中：

由此可見，干擾抑制作用可以通過增大Ka來(lái)實(shí)現(xiàn)。不過，當(dāng)Ka太大時(shí)，系統(tǒng)將變成一個(gè)振蕩環(huán)節(jié)，因此，系數(shù)Ka的增加受到系統(tǒng)要求振蕩要小這種條件的限制?，F(xiàn)在是64頁(yè)\一共有70頁(yè)\編輯于星期四65（一）微分陀螺穩(wěn)定系統(tǒng)為了正確選擇系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)和參數(shù)，必須更完滿地考慮舵?zhèn)鲃?dòng)機(jī)構(gòu)和陀螺的動(dòng)力學(xué)特性，近似地用純時(shí)延來(lái)表示它們的特性，開環(huán)系統(tǒng)的傳動(dòng)