CN112550769A - 一种角速度控制段兼顾角偏差控制的方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种角速度控制段兼顾角偏差控制的方法根据角速度控制段第一个周期的角偏差计算角速度，取反限幅后，作为角速度控制的目标程序角速度。这样能够使姿态角向减小角偏差的方向运动，达到了在角速度控制时兼顾角偏差发散的作用，避免了角偏差持续增大，简单有效。本发明提供的一种角速度控制段兼顾角偏差控制的方法实现抛整流罩前后角速度控制精度的要求，并避免姿态角长时间无控导致角偏差持续增大的负面作用，为运载火箭抛整流罩前后的飞行安全起到了至关重要的作用。本发明降低了姿态控制网络设计的复杂度，简单可靠，易于工程实现，适于广泛推广。

Description

一种角速度控制段兼顾角偏差控制的方法

技术领域

本发明涉及导航、制导与控制技术领域，特别涉及，一种角速度控制段兼顾角偏差控制的方法。

背景技术

当运载火箭在大气层飞行时，整流罩用于保护有效载荷不受气动加热、气动力、振动等的影响。而当火箭进入真空中后，外界干扰因素消失，需要进行整流罩分离。为确保整流罩抛罩过程安全，避免碰撞风险，在抛罩前后一段时间须严格将箭体姿态角速度控制在较低水平。

因此，要求起控后先采用角速度控制，后进行姿态控制，这样导致姿态角长时间处于失控状态，角偏差持续增大，造成实际发动机推力线方向长期偏移，箭体速度、位置偏离既定弹道，对迭代制导精度产生不利影响。若采用角偏差和角速度控制，容易导致在指定时间内无法达到角速度控制要求值，同时增加控制网络设计的复杂性。

针对此问题，提出了一种解决现有技术所存的为确保整流罩分离安全，运载火箭在抛整流罩前后需要在较长时间段内进行角速度控制，这样导致姿态角处于失控状态，角偏差持续增大，影响迭代制导精度的问题的方法，从而更妥善有效的解决角速度控制需求和姿态角控制精度的矛盾。

发明内容

针对上述缺陷，本发明解决的技术问题在于，提供一种角速度控制段兼顾角偏差控制的方法，以解决现在技术所存在的为确保整流罩分离安全，运载火箭在抛整流罩前后需要在较长时间段内进行角速度控制，这样导致姿态角处于失控状态，角偏差持续增大，影响迭代制导精度的问题。

本发明提供了一种角速度控制段兼顾角偏差控制的方法，具体步骤包括：

步骤1、在角速度控制段第一周期，根据当前时刻俯仰、偏航、滚动角偏差以及角速度控制要求时长，得到角速度控制段的平均需求角速度；

步骤2、将平均需求角速度取反，并对取反后的平均角速度进行限幅；

步骤3、将取反限幅后的平均角速度作为角速度控制段的目标程序角速度输入控制方程构建的模型进行角速度偏差控制，其中所述控制方程基于角速度通道增益、校正网络和控制指令输出建立。

优选地，所述步骤1中角速度控制段的平均需求角速度

为：

其中

为当前时刻俯仰角偏差，Δψ₁为当前时刻偏航角偏差，Δγ₁为当前时刻滚动角偏差，Δt_jsdctrl为角速度控制要求时长。

优选地，所述步骤2中平均角速度限幅值的绝对值

ω_{ψ_max}、ω_{γ_max}均满足指标要求。

优选地，所述步骤2中得到的取反限幅后的平均角速度

为：

其中

ω_{ψ_max}、ω_{γ_max}为平均角速度限幅值的绝对值。

优选地，所述步骤3中nT时刻角速度控制通道输入为：

其中

为控制方程的俯仰角速度的输入量，

为控制方程的偏航角速度的输入量，

为控制方程的滚动角速度的输入量，ω_x1、ω_y1、ω_z1分别为当前时刻俯仰、偏航和滚动通道的箭体系角速度。

优选地，所述步骤4中控制方程为：

其中

E_ψ、E_γ为控制指令输出值，

D_ψ(z)、 D_γ(z)为校正网络系数，

a_1ψ、a_1γ为角速度通道增益。

由上述方案可知，本发明提供的一种角速度控制段兼顾角偏差控制的方法根据角速度控制段第一个周期的角偏差计算角速度，取反限幅后，作为角速度控制的目标程序角速度。这样能够使姿态角向减小角偏差的方向运动，达到了在角速度控制时兼顾角偏差发散的作用，避免了角偏差持续增大，简单有效。本发明解决了现在技术所存在的为确保整流罩分离安全，运载火箭在抛整流罩前后需要在较长时间段内进行角速度控制，这样导致姿态角处于失控状态，角偏差持续增大，影响迭代制导精度的问题，降低了姿态控制网络设计的复杂度，简单可靠，易于工程实现，适于广泛推广。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1为本发明实施例提供的一种角速度控制段兼顾角偏差控制的方法的过程框图。

具体实施方式

下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

请参阅图1，现对本发明提供的一种角速度控制段兼顾角偏差控制的方法的一种具体实施方式进行说明。该种角速度控制段兼顾角偏差控制的方法的具体步骤包括：

S1、在角速度控制段第一周期，根据当前时刻俯仰、偏航、滚动角偏差

Δψ₁、Δγ₁以及角速度控制要求时长Δt_jsdctrl，得到角速度控制段的平均需求角速度

角速度控制段的平均需求角速度

为：

其中

为当前时刻俯仰角偏差，Δψ₁为当前时刻偏航角偏差，Δγ₁为当前时刻滚动角偏差，Δt_jsdctrl为角速度控制要求时长。

S2、将S1中得到的平均需求角速度取反，并对取反后的平均角速度进行限幅；

平均角速度限幅值的绝对值为满足指标要求的一个小量，避免角偏差过大导致角速度无法有效控制。指标要求为根据需要人为规定的数值。

取反限幅后的平均角速度

为：

其中

ω_{ψ_max}、ω_{γ_max}为平均角速度限幅值的绝对值。

S3、将取反限幅后的平均角速度

作为角速度控制段的目标程序角速度，即nT时刻角速度控制通道输入，输入控制方程构建的模型进行角速度偏差控制，其中控制方程基于角速度通道增益

a_1ψ、a_1γ、校正网络

D_ψ(z)、D_γ(z)和控制指令输出

E_ψ、E_γ建立；

nT时刻角速度控制通道输入为：

其中

为控制方程的俯仰角速度的输入量，

为控制方程的偏航角速度的输入量，

为控制方程的滚动角速度的输入量，ω_x1、ω_y1、ω_z1分别为当前时刻俯仰、偏航和滚动通道的箭体系角速度。

控制方程为：

其中

E_ψ、E_γ为控制指令输出值，

D_ψ(z)、D_γ(z)为校正网络系数，

a_1ψ、a_1γ为角速度通道增益。

该种角速度控制段兼顾角偏差控制的方法在角速度控制段抑制姿态角漂移，根据角速度控制段第一个周期的角偏差计算角速度，取反限幅后，作为角速度控制的目标程序角速度。这样能够使姿态角向减小角偏差的方向运动，达到了在角速度控制时兼顾角偏差发散的作用，避免了角偏差持续增大，简单有效。该方法实现抛整流罩前后角速度控制精度的要求，并避免姿态角长时间无控导致角偏差持续增大的负面作用，为运载火箭抛整流罩前后的飞行安全起到了至关重要的作用。

本说明书中各个实施例采用递进的方式描述，每个实施例重点说明的都是与其它实施例的不同之处，各个实施例之间相同或相似部分互相参见即可。本发明实施例中未作详细描述的内容属于本领域专业技术人员公知的现有技术。

对所公开的实施例的上述说明，使本领域专业技术人员能够实现或使用本发明。对这些实施例的多种修改对本领域的专业技术人员来说将是显而易见的，本文中所定义的一般原理可以在不脱离本发明的精神或范围的情况下，在其它实施例中实现。因此，本发明将不会被限制于本文所示的这些实施例，而是要符合与本文所公开的原理和新颖特点相一致的最宽的范围。

Claims (6)

1.一种角速度控制段兼顾角偏差控制的方法，其特征在于，具体步骤包括：

步骤1、在角速度控制段第一周期，根据当前时刻俯仰、偏航、滚动角偏差以及角速度控制要求时长，得到角速度控制段的平均需求角速度；

步骤2、将平均需求角速度取反，并对取反后的平均角速度进行限幅；

步骤3、将取反限幅后的平均角速度作为角速度控制段的目标程序角速度输入控制方程构建的模型进行角速度偏差控制，其中所述控制方程基于角速度通道增益、校正网络和控制指令输出建立。

2.根据权利要求1所述的一种角速度控制段兼顾角偏差控制的方法，其特征在于，所述步骤1中角速度控制段的平均需求角速度

为：

其中

为当前时刻俯仰角偏差，Δψ₁为当前时刻偏航角偏差，Δγ₁为当前时刻滚动角偏差，Δt_jsdctrl为角速度控制要求时长。

3.根据权利要求2所述的一种角速度控制段兼顾角偏差控制的方法，其特征在于，所述步骤2中平均角速度限幅值的绝对值

ω_{ψ_max}、ω_{γ_max}均满足指标要求。

4.根据权利要求3所述的一种角速度控制段兼顾角偏差控制的方法，其特征在于，所述步骤2中得到的取反限幅后的平均角速度

为：

其中

ω_{ψ_max}、ω_{γ_max}为平均角速度限幅值的绝对值。

5.根据权利要求4所述的一种角速度控制段兼顾角偏差控制的方法，其特征在于，所述步骤3中nT时刻角速度控制通道输入为：

其中

为控制方程的俯仰角速度的输入量，

为控制方程的偏航角速度的输入量，

为控制方程的滚动角速度的输入量，ω_x1、ω_y1、ω_z1分别为当前时刻俯仰、偏航和滚动通道的箭体系角速度。

6.根据权利要求5所述的一种角速度控制段兼顾角偏差控制的方法，其特征在于，所述步骤4中控制方程为：

其中

E_ψ、E_γ为控制指令输出值，

D_ψ(z)、D_γ(z)为校正网络系数，

a_1ψ、a_1γ为角速度通道增益。

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