導(dǎo)航制導(dǎo)與控制課件2第二章和第三章

第二章制導(dǎo)控制系統(tǒng)設(shè)計的理論基礎(chǔ)2.1頻率響應(yīng)矯正方法控制系統(tǒng)校正方式可分為串聯(lián)校正、反饋校正、前饋校正、復(fù)合校正。2.1.1串聯(lián)校正常用串聯(lián)校正網(wǎng)絡(luò)：相角超前校正網(wǎng)絡(luò)、相角滯后校正網(wǎng)絡(luò)、滯后——超前校正網(wǎng)絡(luò)傳遞函數(shù)的一般形式為：特點：串聯(lián)校正比反饋校正設(shè)計簡單，容易對信號進(jìn)行必要的形式轉(zhuǎn)換。無源串聯(lián)校正裝置通常由RC無源網(wǎng)絡(luò)構(gòu)成，結(jié)構(gòu)簡單，成本低廉，信號變換過程中幅值衰減，需要附加放大器。有源串聯(lián)校正裝置由運算放大器和RC網(wǎng)絡(luò)組成，其參數(shù)可以根據(jù)需要調(diào)整。2.1.2反饋校正特點：消弱非線性特性的影響減小系統(tǒng)的時間常數(shù)降低系統(tǒng)對參數(shù)變化的敏感性抑制系統(tǒng)噪聲進(jìn)行反饋校正設(shè)計時，需要注意內(nèi)賄賂的穩(wěn)定性。2.1.3復(fù)合校正在系統(tǒng)的反饋控制回路中加入前饋通路，組成前饋控制和反饋控制相結(jié)合的系統(tǒng)，只要參數(shù)選得得當(dāng)，不但可以保持系統(tǒng)穩(wěn)定，可極大的減小甚至消除穩(wěn)態(tài)誤差，抑制幾乎所有可測量擾動，包括低頻強(qiáng)擾動。可分為按擾動補(bǔ)償和按輸入補(bǔ)償兩種方式。復(fù)合校正的目的：選擇恰當(dāng)?shù)?，使擾動經(jīng)過對系統(tǒng)輸出產(chǎn)生補(bǔ)償作用，以抵消擾動通過對輸出的影響。擾動作用下，輸出為：誤差為：若選擇前饋補(bǔ)償裝置的傳遞函數(shù)：2—4此時輸出和擾動下的誤差都為零。2-4式為對擾動的誤差全補(bǔ)償條件。按輸入補(bǔ)償?shù)膹?fù)合控制系統(tǒng)如下所示：系統(tǒng)輸出量：誤差表達(dá)式：若選擇前饋補(bǔ)償裝置的傳遞函數(shù)：則有：（2-7）式子（2-7）稱為對輸入信號的誤差全補(bǔ)償條件。在工程實踐中，大多數(shù)采用部分補(bǔ)償條件，或在對系統(tǒng)性能其主要影響的頻段內(nèi)實現(xiàn)近似全補(bǔ)償，使形式簡單易于物理實現(xiàn)。2.2PID控制控制界廣泛采用的一種控制器就是PID控制，也稱三項控制器。其傳遞函數(shù)為：其時域輸出方程為：控制器傳遞函數(shù)的微分項多為：幾種常用的PID參數(shù)確定方法：臨界比例度法響應(yīng)曲線法PID歸一參數(shù)的整定法根軌跡法ITAE設(shè)計法2.4極點配置2.4.1極點可配置條件定理：設(shè)受控系統(tǒng)狀態(tài)方程為：要通過狀態(tài)反饋的方法，使閉環(huán)系統(tǒng)的極點位于理想位置上，其充分必要條件是系統(tǒng)狀態(tài)方程完全能控。2.4.2極點配置算法（1）狀態(tài)方程空間極點配置給定受控系統(tǒng)和一組期望的閉環(huán)特征值，要確定反饋增益矩陣k，使成立（2）傳遞函數(shù)陣的極點配置以二屆系統(tǒng)為例，給定受控系統(tǒng)傳遞函數(shù)矩陣：以及系統(tǒng)理想指標(biāo)，確定反饋增益陣k，使系統(tǒng)滿足用理想性能指標(biāo)。第三章導(dǎo)彈的基本特性3.1導(dǎo)彈的基本要求3.1.1導(dǎo)彈的速度特性導(dǎo)彈平均飛行速度導(dǎo)彈達(dá)到遭遇點的平均速度：導(dǎo)彈沿著確定彈道飛行，其可用過載取決于導(dǎo)彈速度和大氣密度，導(dǎo)彈可用過載隨速度增大而增大，為保證導(dǎo)彈可用過載，要求有較高的平均速度。導(dǎo)彈加速性

受導(dǎo)彈最小殺傷距離的限制，要提早進(jìn)行制導(dǎo)控制。若導(dǎo)彈很快加速到一定速度，導(dǎo)彈舵面的操縱效率盡快滿足控制要求，就可提前進(jìn)行制導(dǎo)控制。引入推力矢量控制，導(dǎo)彈在低速段也有較好的操縱性，加速性要求可適當(dāng)放寬。導(dǎo)彈遭遇點速度導(dǎo)彈須用過載與導(dǎo)彈與目標(biāo)的速度比有關(guān)，速度比越小，導(dǎo)彈的須用過載越大，一般要求遭遇點速度比大于1.33.1.2導(dǎo)彈最大可用過載決定導(dǎo)彈須用過載的因素目標(biāo)運動特性：取決于目標(biāo)最大機(jī)動過載，與指導(dǎo)方法有關(guān)。目標(biāo)信號起伏的影響：目標(biāo)真實運動引起，增大導(dǎo)彈須用過載的要求。氣動力干擾：由大氣湍流、陣風(fēng)引起，導(dǎo)彈的制導(dǎo)誤差、導(dǎo)彈飛行姿態(tài)的不對稱變化也可產(chǎn)生氣動力干擾，造成目標(biāo)偏離運動。系統(tǒng)零位影響：系統(tǒng)零位誤差引起導(dǎo)彈偏離運動。熱噪聲的影響：制導(dǎo)控制系統(tǒng)中大量的電子設(shè)備會產(chǎn)生熱噪聲，其引起的信號起伏會造成測量偏差，與目標(biāo)信號起伏的影響是相同的，兩者頻譜不同。初始散布影響：導(dǎo)彈發(fā)射后經(jīng)過預(yù)定的時間，如助推器拋掉或?qū)б^截獲目標(biāo)后，才能進(jìn)行進(jìn)入制導(dǎo)控制飛行。進(jìn)入制導(dǎo)控制飛行的瞬間，導(dǎo)彈的速度矢量方向與要求的速度矢量方向存在偏差，稱為初始散布角。最大可用過載的確定3.1.3導(dǎo)彈的阻尼

一般情況下，戰(zhàn)術(shù)導(dǎo)彈的過載和迎角的超調(diào)量不應(yīng)超過某些允許值，這些允許值取決于飛行器的強(qiáng)度、空氣動力特性的線性化以及控制裝置的工作能力。允許的超調(diào)量通常不超過30%，與飛行器相對阻尼系數(shù)相對應(yīng)。無人駕駛飛機(jī)通常不能保證相對阻尼系數(shù)有這樣高的數(shù)值。很多導(dǎo)彈的低阻尼特性是由于導(dǎo)彈的小尾翼，有時其展長也很小，常常在很高的高空飛行也決定這一特性。當(dāng)高空飛行時，增加展長和翼面來增加空氣動力阻尼是不可能的。可利用飛行器包含的角度反饋或者角速度角加速度反饋的方法來保證。此種方法的優(yōu)越性：由于尾翼的減少，導(dǎo)致飛行其質(zhì)量的減輕、正面阻力減小以及飛行器結(jié)構(gòu)上載荷的減少。

3.1.4導(dǎo)彈的靜穩(wěn)定度為簡化飛行器控制系統(tǒng)的設(shè)計，要求迎角在飛行范圍內(nèi)關(guān)系曲線是線性的。這要有正確的氣動布局來達(dá)到，尤其要有足夠的靜穩(wěn)定性來達(dá)到。導(dǎo)彈的質(zhì)心隨著推進(jìn)劑的消耗而向前移動，飛行過程中，導(dǎo)彈會變得更穩(wěn)定。導(dǎo)彈靜穩(wěn)定度的增加會使控制變得遲鈍。為有效控制導(dǎo)彈，提高導(dǎo)彈性能，可由導(dǎo)彈靜穩(wěn)定狀態(tài)擴(kuò)展到靜不穩(wěn)定狀態(tài)。為保證正常工作，可采用包含有俯仰角（偏航角）或法向過載反饋的方法來實現(xiàn)導(dǎo)彈的穩(wěn)定。彈道式導(dǎo)彈姿態(tài)穩(wěn)定系統(tǒng)設(shè)計中，沒有尾翼或尾翼面積過小通常是靜不穩(wěn)定的。高性能空空導(dǎo)彈和地空導(dǎo)彈為保證其末端機(jī)動性，也采用了放寬靜穩(wěn)定度的策略。3.1.5導(dǎo)彈的固有頻率飛行器、控制系統(tǒng)、制導(dǎo)系統(tǒng)間相互關(guān)系：制導(dǎo)系統(tǒng)應(yīng)對控制信號（目標(biāo)運動）有足夠的精確的反應(yīng)，并且能抑制隨機(jī)信號干擾。所以制導(dǎo)系統(tǒng)的截止頻率應(yīng)根據(jù)控制信號的幅值頻譜的寬度評價?？刂葡到y(tǒng)具有較小截止頻率的時候，控制系統(tǒng)會將大幅相畸變代入制導(dǎo)過程。所以將兩者分開。將控制系統(tǒng)看作是振蕩環(huán)節(jié)，

在稀薄大氣或以外飛行時，飛行器固有頻率等于零。保證