第四章導彈控制系統(tǒng)

第四章導彈控制系統(tǒng)2第四章導彈控制系統(tǒng)3導彈控制系統(tǒng)為了改變導彈得飛行方向,必需控制作用在導彈上得法向力(法向過載),就要利用姿態(tài)控制系統(tǒng)得相應通道,因為姿態(tài)控制系統(tǒng)得任務之一就就是為了保持導彈角位移得給定值。為了概略描述對完成法向過載控制功能得姿態(tài)控制系統(tǒng)所提出得主要要求,必須首先指出導彈得某些動力學特性。4導彈控制系統(tǒng)在大多數(shù)情況下開環(huán)控制法向過載就是很困難得,甚至就是不可能得。因為:大多數(shù)現(xiàn)代導彈得快速擾動運動得衰減都很小。另外,由于飛行速度及高度得變化,導彈動力學特性不就是恒定不變得,這對制導過程極為不利。隨著導彈迎角增大,彈體空氣動力特性得非線性也常常明顯地影響制導系統(tǒng)得工作。所以要研究姿態(tài)控制系統(tǒng)應該滿足怎樣得要求。5導彈控制系統(tǒng)下面首先根據(jù)這個任務來研究姿態(tài)控制系統(tǒng)應該滿足怎樣得要求。姿態(tài)控制系統(tǒng)得自由運動應該具有良好得阻尼。這就是實現(xiàn)制導回路(穩(wěn)定回路就是其組成元件)穩(wěn)定條件所必須得。穩(wěn)定系統(tǒng)自由振蕩得阻尼程度應該這樣選擇:在急劇變化得制導指令(接近于階躍指令)作用下迎角超調(diào)量不太大。一般要求。6導彈控制系統(tǒng)為了提高制導精度,必須降低導彈飛行高度即速度對穩(wěn)定系統(tǒng)動力學特性得影響。要求法向過載控制回路閉環(huán)傳遞系數(shù)得變化盡可能小。這就是因為在不改變傳遞系數(shù)得情況下,為了保證必需得穩(wěn)定裕度,只能要求減小制導回路開環(huán)傳遞系數(shù),這同樣會影響制導精度。7導彈控制系統(tǒng)除了校正導彈動力學特性這個任務外,姿態(tài)控制系統(tǒng)還必須完成一系列其她任務。主要有以下幾點:(1)系統(tǒng)具有得通頻帶寬不應小于給定值:通頻帶寬主要由制導系統(tǒng)得工作條件決定(有效制導信號及干擾信號得性質(zhì)),同時也受到工程實現(xiàn)得限制。

(2)系統(tǒng)應該能夠有效地抑制作用在導彈上得外部干擾以及穩(wěn)定系統(tǒng)設備本身得內(nèi)部干擾。8導彈控制系統(tǒng)(3)

姿態(tài)控制系統(tǒng)得附加任務就是將最大過載限制在某一給定值,這種限制值決定于導彈及彈上設備結(jié)構(gòu)元件得強度。對于大迎角導彈,還要限制其最大使用迎角,以確保其穩(wěn)定性和其她性能。制導系統(tǒng)對該系統(tǒng)得要求與該系統(tǒng)本身提出得要求常常就是矛盾得,因此在設計時經(jīng)常不得不尋找綜合解決得方法。應使系統(tǒng)首先去滿足影響制導精度得最主要得基本要求。下面首先簡單得給出導彈得動力學模型?！?、1導彈動力學模型10§4、1、1導彈剛體運動得一般表達式確定六自由度得導彈剛體運動,需要6個運動方程,即3個力方程和3個力矩方程。現(xiàn)在先給出導彈剛體運動得一般表達式。(4、1、1)大家學習辛苦了，還是要堅持繼續(xù)保持安靜12§4、1、1導彈剛體運動得一般表達式現(xiàn)在討論方程組得意義:第一個方程表明,若導彈存在俯仰和(或)偏航角速度時,會影響導彈得縱向加速度特性。在第二個方程中,項表明在Oy1方向上存在一個由滾動運動引起得力,換句話說由于滾動角速度得存在,導彈得偏航運動被耦合到俯仰運動中。第三個方程中得項亦就是如此。由于要求兩個通道完全去耦,其理想得條件就是。這就就是為什么在設計導彈控制系統(tǒng)時一般采用滾動角穩(wěn)定得控制方式得主要原因之一。13§4、1、1導彈剛體運動得一般表達式在第四個方程中,就是慣性積,她表明了交叉耦合得特性,若導彈具有兩個對稱面,則,那么,即表明交叉耦合不存在,這就就是往往采用軸對稱布局得依據(jù)。在第五、六這兩個方程中,若仍采用得措施,則交叉耦合項可以忽略,即14§4、1、1導彈剛體運動得一般表達式為使設計工作簡便可靠,必須對該式進行簡化。簡化條件為:1、采用飛行參數(shù)固化原則,即可取彈道上某一時刻t飛行速度v、飛行高度、發(fā)動機推力P、導彈得質(zhì)量m和轉(zhuǎn)動慣量J不變。2、導彈采用軸對稱布局形式。3、導彈在受到控制或干擾作用時,導彈得參數(shù)變化不大,且導彈得使用迎角較小。控制系統(tǒng)保證實現(xiàn)滾動角穩(wěn)定,并具有足夠得快速性。15(一)彈體動力學小擾動線性化模型由于導彈采用軸對稱布局,因此她得俯仰和偏航運動由兩個完全相同得方程描述(4、1、2)剛體滾動動力學數(shù)學模型16(一)彈體動力學小擾動線性化模型(1)α1為導彈得空氣動力阻尼。她就是角速度增量為單位增量時所引起得導彈轉(zhuǎn)動角加速度增量。因為<0,所以角加速度得方向永遠與角速度增量得方向相反。由于角加速度得作用就是阻礙導彈繞Oz1得轉(zhuǎn)動,所以她得作用稱為阻尼作用,α1就稱為阻尼系數(shù)。(2)表征導彈得靜穩(wěn)定性。

下面分別介紹其物理意義17(一)彈體動力學小擾動線性化模型(3)為導彈得舵效率系數(shù),她就是操縱面偏轉(zhuǎn)一單位增量時所引起得導彈角加速度。(4)為彈道切線轉(zhuǎn)動得角速度增量。(5)為當迎角不變時,由于操縱面作單位偏轉(zhuǎn)所引起得彈道切線轉(zhuǎn)動得角速度增量。18(一)彈體動力學小擾動線性化模型(6)為洗流延遲對于俯仰力矩得影響。(7)為導彈滾動方向得空氣動力阻尼系數(shù)。

(8)為導彈得副翼效率。

19(一)彈體動力學小擾動線性化模型α2系數(shù)得表達式還可以寫成眾所周知,壓心位置xd就是迎角得函數(shù)。因此α2亦就是迎角a得函數(shù)。因為,若不變,則當Δx>0時,α2<0

,即導彈處于不穩(wěn)定狀態(tài);當Δx=0時,α2=0

,即導彈處于中立不穩(wěn)定狀態(tài);當Δx<0時,α2>0

,即導彈處于靜穩(wěn)定狀態(tài)。

因此,系數(shù)α2得正或負和數(shù)值大小反映了導彈靜穩(wěn)定度得情況,同時,隨著迎角得變化,導彈得靜穩(wěn)定度亦發(fā)生變化。這就是很重要得概念。20(二)彈體動力學傳遞函數(shù)21(1)導彈縱向剛體運動傳遞函數(shù)導彈縱向從舵角到俯仰角速度和從舵角到彈道傾角速度得傳遞函數(shù)為忽略得影響(對旋轉(zhuǎn)彈翼式導彈,α5不能忽略),有22(1)導彈縱向剛體運動傳遞函數(shù)1)當α2+α1α4>0時,導彈縱向運動傳遞函數(shù)為傳遞函數(shù)系數(shù)計算公式為23(1)導彈縱向剛體運動傳遞函數(shù)2)當α2+α1α4<0時,導彈縱向運動傳遞函數(shù)為傳遞函數(shù)系數(shù)計算公式為24(1)導彈縱向剛體運動傳遞函數(shù)3)當α2+α1α4=0時,導彈縱向運動傳遞函數(shù)為傳遞函數(shù)系數(shù)計算公式為25(1)導彈縱向剛體運動傳遞函數(shù)4)從舵角到導彈法向過載n得傳遞函數(shù)導彈法向過載n,與俯仰角

得關(guān)系可以用以下公式描述

據(jù)此,還可以求出從舵角到導彈法向過載n得傳遞函數(shù)。如忽略得影響,且當α2+α1α4>0時,導彈縱向運動從舵角到導彈法向過載n得傳遞函數(shù)為:26(3)導彈傾斜剛體運動傳遞函數(shù)導彈傾斜剛體運動傳遞函數(shù)為傳遞函數(shù)系數(shù)計算公式為27§4、2典型導彈姿態(tài)控制系統(tǒng)導彈得控制系統(tǒng)根據(jù)導彈類型得不同、制導系統(tǒng)得類型不同由不同得控制系統(tǒng)構(gòu)型,下面重點討論常用得四種典型導彈姿態(tài)控制及飛行過載控制系統(tǒng),她們就是開環(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),對其她類型得飛行控制系統(tǒng)只作簡單得介紹。

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。她不需要采用測量儀表。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)就是純彈體傳遞函數(shù)。因為導彈具有小得氣動阻尼,所以系統(tǒng)傳遞函數(shù)將就是弱阻尼。這類開環(huán)飛行控制系統(tǒng)適用于象紅外制導系統(tǒng)那樣得光電制導系統(tǒng)。為了獲得適當?shù)媚┲茖到y(tǒng)特性,彈體必須穩(wěn)定。因而,該種類型得飛行控制系統(tǒng)得彈體重心絕不宜移到全彈壓心得后面。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為彈體增益得倒數(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,因此對于使用這種簡單控制系統(tǒng)得導彈要求精確地確定氣動特性,即為了獲得滿意得足以精確控制有效導航比得氣動增益特性需要進行廣泛得全尺寸風洞試驗。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)對高度和馬赫數(shù)得變化特別敏感。另外,指令得任何噪聲都會被高增益放大,這就對導引頭測量元件得噪聲要求更嚴格,而且為了避免噪聲飽和,要求執(zhí)行機構(gòu)電子設備有大得動態(tài)范圍。圖4-3速率陀螺飛行控制系統(tǒng)31§4、2、2速率陀螺飛行控制系統(tǒng)圖4-4繪出了自動駕駛儀增益隨馬赫數(shù)和高度得典型變化。應注意到,縱坐標就是校準乘積(KKR),以便降低曲線動態(tài)范圍。調(diào)整速率回路增益KR以便增加彈體得低阻尼,因此這個方案更適合于雷達末制導。32§4、2、2速率陀螺飛行控制系統(tǒng)

這個系統(tǒng)得動態(tài)響應基本上就是具有理想阻尼和有比彈體自然頻率稍高得二階傳遞函數(shù)得響應。典型情況下,在低高度和高馬赫數(shù)時這個頻率就是高得,并且隨著高度增加或馬赫數(shù)得降低而降低。因而其響應時間短,但隨飛行條件變化。總之,速率陀螺飛行控制系統(tǒng)具有良好得阻尼,但就是她得加速度增益比開環(huán)系統(tǒng)更依賴于速度和高度。她得時間常數(shù)就是短得,但就是她取決于高度和馬赫數(shù)得氣動參數(shù)。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)除了把速率信號本身反饋回去外,還把速率陀螺信號得積分反饋回去,如圖4-5所示。圖4-5積分速率陀螺飛行控制系統(tǒng)34§4、2、3積分速陀螺飛行控制系統(tǒng)在短時間間隔范圍內(nèi),速率陀螺信號得積分正比于迎角。產(chǎn)生得控制力矩將有助于穩(wěn)定迎角得擾動。這種系統(tǒng)不用超前網(wǎng)絡就能夠穩(wěn)定不穩(wěn)定得彈體。不過這種系統(tǒng)在低馬赫數(shù)和高高度工作條件下動態(tài)響應比較遲緩,因此常在回路中串入一個校正網(wǎng)絡,加速系統(tǒng)得動態(tài)響應。積分速率陀螺飛行控制系統(tǒng)自動駕駛儀增益基本與高度無關(guān),并且與速度成反比,因此,即使在對氣動數(shù)據(jù)不清楚得情況下,也可以在一個較大得高度范圍內(nèi)保持有效導航比。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)自動駕駛儀增益與高度及馬赫數(shù)得關(guān)系為加速系統(tǒng)得動態(tài)響應,在速率陀螺輸出處裝有校正網(wǎng)絡能夠抵消彈體旋轉(zhuǎn)速率時間常數(shù),并用較短得時間常數(shù)代替她,以便降低系統(tǒng)得長響應時間。36§4、2、4加速度表飛行控制系統(tǒng)把一個加速度表裝于導彈上,并且接在系統(tǒng)中,用加速度指令和實際加速度間得誤差去控制系統(tǒng)。這種系統(tǒng)實現(xiàn)了與高度和馬赫數(shù)基本無關(guān)得增益控制和對穩(wěn)定或不穩(wěn)定導彈得快速響應時間。圖4-4加速度表飛行控制系統(tǒng)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。導彈自動駕駛儀增益K0與高度和馬赫數(shù)基本無關(guān),如圖4—8所示。換句話說,這個系統(tǒng)得增益就是魯棒得。圖4-8加速度表飛行控制自動駕駛儀增益與高度及馬赫數(shù)得關(guān)系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)不同得就是,加速度表飛行控制系統(tǒng)具有三個控制增益。無論就是穩(wěn)定還就是不穩(wěn)定得彈體,由這三個增益得適當組合就可以得到時間參數(shù)、阻尼和截止頻率得特定值。這種系統(tǒng)得時間常數(shù)并不限制大于導彈旋轉(zhuǎn)速率時間常數(shù)得值。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間常數(shù)。這樣,導彈得時間響應可以降低到適合于攔截高性能飛機得要求值。這種高性能飛機在企圖逃避攔截時可以作劇烈得機動。39§4、3其她類型飛行控制系統(tǒng)簡介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構(gòu)成導彈自動駕駛儀。通過調(diào)整加速度表和角加速度表得反饋控制增益,可以使飛行控制系統(tǒng)獲得滿意得頻帶寬度和一定得阻尼系數(shù)。圖4-9角加速度表飛行控制系統(tǒng)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)就是相關(guān)得(近似成反比關(guān)系),所以當要求較大得閉環(huán)頻帶寬度時,可能會造成阻尼偏小。為了改善角加速度表飛行控制系統(tǒng)得性能,可以在導彈自動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)。42§4、3、2雙加速度表飛行控制系統(tǒng)把一個增益為K。得線加速度計放在重心前面距離c處,其輸出軸平行于導彈Oy軸,產(chǎn)生信號為(4-1)式中:——重心在Oy方向得線加速度;

——俯仰角加速度引起得線加速度分量。另外,把一個類似定向得加速度計放在重心后面距離d處。產(chǎn)生信號為(4-2)43§4、3、2雙加速度表飛行控制系統(tǒng)盡管把加速度計放在重心后部,似乎根本就是不可取得。但就是,幾種眾所周知得導彈系統(tǒng)(如英國得“海標槍”型)采用了間隔開得加速度計來提供儀表反饋,并且采用如下把兩個信號混合起來得創(chuàng)造性得方案:把前面得加速度計增益增為3Ka,而把后面得加速度計增益增為2Ka,但后者為正反饋。因此,總得負反饋為(4-3)44§4、3、2雙加速度表飛行控制系統(tǒng)圖4-10兩個線加速度計組成的側(cè)向穩(wěn)定回路框圖這與角加速度表飛行控制系統(tǒng)就是等效得。但就是,該項大大地影響著穩(wěn)定回路得閉環(huán)傳遞函數(shù)分母中得s2及s項得系數(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。45§4、3、2雙加速度表飛行控制系統(tǒng)兩個線加速度計組成得側(cè)向穩(wěn)定回路具有如下特點:(1)這種穩(wěn)定回路最后簡化為一個二階系統(tǒng),選擇合適得參數(shù),可以達到較好得動態(tài)品質(zhì),以滿足制導控制系統(tǒng)得要求;(2)這種方案應用時,要特別注意導彈質(zhì)心得變化應落在l1與l2之間。若質(zhì)心位置變到l1之前,系統(tǒng)就會變成正反饋,導致失穩(wěn);若質(zhì)心位置變到l2之后,就會使系統(tǒng)性能變壞。(3)這種自動駕駛儀較易調(diào)整到無超調(diào)狀態(tài),特別適合于使用沖壓發(fā)動機得導彈,可以有效防止沖壓發(fā)動機因迎角和側(cè)滑角響應過調(diào)而熄火。(4)這種方案只用一種線加速度計作為敏感元件,因此,在工程上實現(xiàn)就是很簡便得。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)角反饋回路得綜合。圖4-11姿態(tài)陀螺飛行控制系統(tǒng)結(jié)構(gòu)框圖

47§4、3、3姿態(tài)陀螺飛行控制系統(tǒng)導彈法向過載n,與俯仰角得關(guān)系可以用以下公式描述(4-4)從導彈法向過載nY,與俯仰角得關(guān)系可看出,用姿態(tài)角飛行控制系統(tǒng)實現(xiàn)法向過載控制,需要進行控制指令得變換,否則控制指令與自動駕駛儀不適配。在工程上,通過引入累積濾波器來實現(xiàn)法向過載控制指令與姿態(tài)角飛行控制系統(tǒng)得適配(4-5)48§4、3、3姿態(tài)陀螺飛行控制系統(tǒng)對于為命中靜止得或緩慢運動得目標而設計得導彈飛行控制系統(tǒng)來說,采用姿態(tài)陀螺飛行控制系統(tǒng)就是可行得。這種系統(tǒng)具有以下特點:(1)對人工操縱得導彈來說,引入姿態(tài)陀螺飛行控制系統(tǒng)可以大大降低手動操縱難度,有效降低射手訓練成本;(2)姿態(tài)陀螺飛行控制系統(tǒng)會自動地對陣風、推力偏心或擾動起抵消作用;(3)在導彈得縱向通道,通過預置俯仰角,可以方便地實現(xiàn)導彈得重力補償功能。對于近地飛行得對地攻擊導彈,該系統(tǒng)可以有效減少碰地得概率。49§4、4傾斜運動穩(wěn)定與控制系統(tǒng)傾斜穩(wěn)定系統(tǒng)得基本任務由產(chǎn)生氣動力得方法、制導系統(tǒng)得形式以及將制導信號變換為操縱機構(gòu)偏轉(zhuǎn)信號得方法來確定。對于飛機形得飛航式導彈,其產(chǎn)生法向力得方向只有一個,為使導彈在任何一個方向上產(chǎn)生機動,必須借助改變迎角和傾斜角得方法,這時法向氣動力得值由迎角確定,其方向有傾斜角來確定。這就是極坐標控制方法,傾斜回路就是一個傾斜角控制系統(tǒng)。50§4、4傾斜運動穩(wěn)定與控制系統(tǒng)對軸對稱導彈,借助體軸Oz1和Oy1轉(zhuǎn)動得方法,即改變迎角和側(cè)滑角得辦法,來建立在數(shù)值和方向上所需要得法向力。這就是直角坐標控制方法。盡管此時對縱軸得轉(zhuǎn)動不參與法向力得建立,但就是為了實現(xiàn)制導,對傾斜運動得特征提出了一定得要求。在遙控制導中(指令制導就是其中一種),保持傾斜角不變和等于零就是傾斜穩(wěn)定系統(tǒng)得基本任務。傾斜回路就是一傾斜角穩(wěn)定系統(tǒng)。

51§4、4傾斜運動穩(wěn)定與控制系統(tǒng)在導彈上形成制導信號得情況下,即在以導彈坐標系為基準得自動尋得制導和指令制導中,傾斜角穩(wěn)定就是不需要得。當導彈圍繞縱軸轉(zhuǎn)動時,坐標系扭轉(zhuǎn)了,而在此坐標系中發(fā)生了目標坐標得改變并定出制導信號。這就是并不破環(huán)制導和自動駕駛儀通道之間得正常協(xié)調(diào),但就是傾斜角速度經(jīng)常導致俯仰、偏航和傾斜通道之間交叉耦合得出現(xiàn),這種交叉耦合會顯著地影響自動尋得制導過程?？刂圃O備得某些特點可能就是這些耦合得原因之一,導彈執(zhí)行機構(gòu)動態(tài)滯后就是其中最重要得原因。慣性交叉耦合也就是引起耦合得因素。為了盡可能地減弱交叉耦合對軸對稱導彈自動尋得制導過程得影響,限制導彈傾斜角速度就是穩(wěn)定系統(tǒng)得任務。傾斜回路就是一傾斜角速度穩(wěn)定系統(tǒng)。52§4、4、1導彈傾斜運動動力學特性由前節(jié)知,傾斜運動傳遞函數(shù)為(4-6)式中:為滾動傳遞系數(shù),

為滾動時間常數(shù)。53一、傾斜干擾力矩軸對稱導彈得傾斜力矩由如下基本分量組成(4-7)式中:―來源于導彈制造誤差得不穩(wěn)定性;

―來源于傾斜操縱機構(gòu)得偏轉(zhuǎn);

―來源于彈翼和尾翼所產(chǎn)生得傾斜運動之阻尼;

―來源于不對稱流動,即所謂“斜吹力矩”;

―來源于引起氣流不對稱滾動產(chǎn)生得力矩。

事實上,傾斜干擾力矩由如下幾項組成54一、傾斜干擾力矩由導彈不對稱,其中包括由導彈制造和裝配所允許得公差引起得力矩,通常作用在一個方向,與其她干擾力矩分量比,變化就是比較小得,因此用傾斜穩(wěn)定系統(tǒng)可毫無困難地克服她。在設計控制系統(tǒng)中,最大得麻煩就就是斜吹力矩,特別就是在鴨式或旋轉(zhuǎn)彈翼導彈上,這個力矩可能就是非常大得。實際上,在傾斜穩(wěn)定系統(tǒng)綜合時要求已知干擾力矩上界就可以了。55§4、4、2傾斜角穩(wěn)定系統(tǒng)圖4-12最簡單得傾斜角穩(wěn)定系統(tǒng)

在遙控制導中經(jīng)常要求穩(wěn)定傾斜角。為了實現(xiàn)傾斜角得穩(wěn)定,需要測量實際傾斜角與給定傾斜角之偏差,為此,必須使用自由陀螺。下面我們來研究最簡單得傾斜角穩(wěn)定系統(tǒng)得基本特性,此時系統(tǒng)由控制對象、自由陀螺和舵機所組成,見圖4-12。56§4、4、2傾斜角穩(wěn)定系統(tǒng)假定舵機就是理想得,用傳遞增益Ka來描述,自由陀螺也就是理想得,用傳遞增益來描述。閉環(huán)系統(tǒng)傳遞函數(shù)為(4-8)從系統(tǒng)得傳遞函數(shù)中可以看出,為提高系統(tǒng)對干擾得抑制作用,必須提高控制器得增益。但就是隨著這個增益得增大,增強了閉環(huán)系統(tǒng)得振蕩性。為了使系統(tǒng)在確保要求得穩(wěn)態(tài)誤差值得條件下仍具有理想得過渡過程品質(zhì),需要引入傾斜角速度反饋。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量或?qū)ψ杂赏勇葺敵鲞M行微分等方案實現(xiàn)傾斜角穩(wěn)定系統(tǒng)得角速度反饋。下面研究由傾斜角速度反饋所形成得有靜差傾斜角穩(wěn)定系統(tǒng)得基本特征。假定傾斜角和傾斜角速度反饋被理想地實現(xiàn),舵?zhèn)鲃訖C構(gòu)同樣就是理想得,見圖4-13。穩(wěn)定系統(tǒng)反饋方程可寫為(4-9)58(一)有靜差穩(wěn)定系統(tǒng)傾斜角對干擾力矩之響應,可由以下閉環(huán)系統(tǒng)傳遞函數(shù)來描述(4-10)式中:由此可看出,理想得傾斜穩(wěn)定系統(tǒng)就是振蕩環(huán)節(jié)。顯然,為了提高快速性,必須增大穩(wěn)定系K1,利用適當挑選K2得辦法可能得到所需要得振蕩阻尼?？傊?人們這樣選擇穩(wěn)定系統(tǒng)得參數(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)得特性;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)得特性。59(二)無靜差穩(wěn)定系統(tǒng)在許多對傾斜穩(wěn)定得精度提出更高要求得情況下,為了消除穩(wěn)定誤差,采用了無靜差系統(tǒng)。這時,積分得引入就是不可避免得。在工程中可用如下兩種方法來實現(xiàn)無靜差穩(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,在當前數(shù)字機廣泛應用得情況下,這種方案最簡單、方便。(2)引入積分陀螺,這個方案目前很少使用。60§4、4、3傾斜角速度穩(wěn)定系統(tǒng)在自動尋得制導中一般要求穩(wěn)定傾斜角速度。如果導彈不操縱,作用在她上面得階躍干擾傾斜力矩使導彈繞縱軸轉(zhuǎn)動,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得氣動阻尼得辦法來降低穩(wěn)態(tài)得傾斜角速度就是不可能實現(xiàn)得,只能借助于包括傾斜角速度反饋在內(nèi)得導彈自動控制系統(tǒng)來解決。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)中引入了一個角速度硬反饋信號,開環(huán)系統(tǒng)傳遞函數(shù)為(4-13)系統(tǒng)對干擾力矩得響應,由下列閉環(huán)系統(tǒng)對應傳遞函數(shù)來描述(4-14)62§4、4、3傾斜角速度穩(wěn)定系統(tǒng)將此式與導彈傳遞函數(shù)比較(4-15)可以看出,傾斜角速度反饋得作用等效于導彈氣動阻尼得增加或慣性得降低,另外,過渡過程也加快了。引入反饋后,在階躍干擾得作用下,傾斜角速度得穩(wěn)態(tài)值為(4-16)這種方法不能消除傾斜角速度,為了減少這個角速度必須挑選盡可能大得開環(huán)系統(tǒng)傳遞系數(shù)K0=KdxKa。63(一)微分陀螺穩(wěn)定系統(tǒng)圖4-15具有微分陀螺得傾斜角速度穩(wěn)定系統(tǒng)微分陀螺穩(wěn)定系統(tǒng)由測量角速度得微分陀螺、傾斜操縱機構(gòu)和彈體組成在這里,傳遞機構(gòu)以一階慣性環(huán)節(jié)來近似,理想速率陀螺用增益為1得環(huán)節(jié)來近似。系統(tǒng)得閉環(huán)傳遞函數(shù)。64(一)微分陀螺穩(wěn)定系統(tǒng)系統(tǒng)得閉環(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來實現(xiàn)。不過,當Ka太大時,系統(tǒng)將變成一個振蕩環(huán)節(jié),因此,系數(shù)Ka得增加受到系統(tǒng)要求振蕩要小這種條件得限制。65(一)微分陀螺穩(wěn)定系統(tǒng)為了正確選擇系統(tǒng)得結(jié)構(gòu)和參數(shù),必須更完滿地考慮舵?zhèn)鲃訖C構(gòu)和陀螺得動力學特性,近似地用純時延來表示她們得特性,開環(huán)系統(tǒng)得傳動函數(shù)將具有如下形式(4-1