CN113608783A - 一种中末制导交接班时的姿控交接班方法及系统 - Google Patents

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Abstract

一种中末制导交接班时的姿控交接班方法及系统，基于不同中末制导体制下制导指令不同的情况所引起的姿控交接班问题展开研究，制导指令不同，对应被控对象的控制型别不同，故相应的控制策略和控制参数也完全不同，当两者进行切换时，可能导致控制指令跳变，引起弹体姿态剧烈变化，对于某视场较小的捷联导引头而言，容易引起目标失锁，故本发明针对此情况，设计姿控交接班算法，可保证中末制导交接班时弹体姿态平稳过渡。

Description

一种中末制导交接班时的姿控交接班方法及系统
技术领域
本发明涉及一种中末制导交接班时的姿控交接班方法及系统，属于战术导弹的制导控制技术领域。
背景技术
目前，现有技术中已对中末制导交接班进行了较为深入的研究，也提出了多种较为有效的技术，但大多是基于中末制导的制导指令相同的情况，这样可将交接班前后的制导指令的跳变量限制在一个小值范围之内，即在中末交接班前后弹体姿态平稳过渡，顺利完成中末制导交接班(中末制导交接班时弹体姿态平稳过渡是重点)。
然而随着制导技术的发展，交接班前后采用不同的制导体制和制导指令，即存在中末制导指令在不同体制下的姿控交接班问题，制导指令不同，对应被控对象的控制型别不同，故相应的控制策略和控制参数也完全不同，当两者进行切换时，控制指令跳变，导致弹体姿态剧烈变化，对于某视场较小的捷联导引头而言，容易引起目标失锁。
发明内容
本发明的技术解决问题是：克服现有技术的不足，提供了一种中末制导交接班时的姿控交接班方法及系统，可保证中末制导交接班时弹体姿态平稳过渡。
本发明的技术解决方案是：
一种中末制导交接班时的姿控交接班方法，包括如下步骤：
(1)计算阻尼回路和增稳回路的控制量，并进行相关的限幅处理；
(2)计算前向串联的控制器在交接班前的控制指令UPI_middle guidance，并进行相关的限幅处理，结合阻尼回路和增稳回路的控制量，令交接班前的控制指令变为限幅后的Umiddle guidance；
(3)设计交接班后的控制指令并进行限幅处理，避免在交接班前后控制指令发生跳变。
进一步的，中制导为过载控制回路，末制导为弹道角控制回路，其中控制回路内回路为阻尼回路和增稳回路，且二者的控制参数在中末制导交接班前后一致，前向串联的控制器均为比例积分控制；
进一步的，所述计算阻尼回路和增稳回路的值，并进行相关的限幅处理，即：
Figure BDA0003171918750000021
交接班前后阻尼回路参数Kω和增稳回路参数Ka保持不变，
Figure BDA0003171918750000022
和
Figure BDA0003171918750000023
分别为阻尼回路和增稳回路的控制量，ω为角速度，a为加速度。
进一步的，计算前向串联的控制器在交接班前的控制指令UPI_middle guidance，并进行相关的限幅处理，具体为：
Figure BDA0003171918750000024
其中，Kp和Ki分别为比例系数和积分系数，误差e(t)＝ac-a，ac为中制导指令，t0为初始时刻，t1为中末制导交接班时刻；
结合阻尼回路和增稳回路确定交接班前的控制指令，进行相关的限幅处理后，控制指令变为：
Figure BDA0003171918750000025
进一步的，进入末制导后，制导指令发生了变化，由中制导指令ac变为末制导指令θc，交接班后的控制误差变为e(t)＝θc-θ，其中θ为弹道角；
在中末制导交接班时刻，θc＝θ，故e(t1)＝0，即比例控制项Kpe(t1)＝0。
进一步的，设计交接班后的控制指令并进行限幅处理，具体为：设交接班前后的前向控制器输出指令相同，对比例系数Kp和积分系数和Ki重新赋值，并对控制量进行相关的限幅，避免在交接班前后控制指令发生跳变，即可得交接班后的前向控制器指令UPI_terminal guidance
Figure BDA0003171918750000031
交接班前后Kω和Ka的值保持不变，交接班后的控制指令为
Figure BDA0003171918750000032
对上式进行相关的限幅后，即可得到最终的交接班后的控制指令。
进一步的，由于中末制导的制导体制不同，在交接班后一段时间[t1,t2]内制导指令依然可能存在跳变，对[t1,t2]内的控制指令也进行相关限幅，保证控制增量变化较小，不会引起舵偏快速跳变。
进一步的，本发明还提出一种姿控交接班系统，包括：
内回路控制量计算模块：计算阻尼回路和增稳回路的控制量，并进行相关的限幅处理；
交接班前的控制指令确定模块：计算前向串联的控制器在交接班前的控制指令UPI_middle guidance，并进行相关的限幅处理，考虑阻尼回路和增稳回路的控制量，令交接班前的控制指令变为限幅后的Umiddle guidance；
交接班后的控制指令确定模块：设计交接班后的控制指令并进行限幅处理，避免在交接班前后控制指令发生跳变。
本发明与现有技术相比的有益效果是：
(1)本发明提供的中末制导交接班时的姿控交接班方法，能够有效抑制中末制导交接班前后姿控指令的跳变，避免视场较小的导引头出现目标失锁的现象，可保证弹体姿态的平稳过渡。
(2)本发明方法数学推导简单，意义明确，也易于在工程上实现。
(3)本发明方法适用于具有以下特性的中末制导姿控回路：内回路为阻尼回路和增稳回路，且二者的控制参数在中末制导交接班前后一致，前向串联的控制器均为比例积分控制；前向控制通路的控制器在交接班前后的综合输出值一致。本发明方法可保证在中末制导交接班时弹体姿态平稳过渡，使得在交接班过程中目标始终保持在视场范围内，顺利完成中末制导交接班。
附图说明
图1为中末制导交接班示意图；
图2为过载控制回路框图；
图3为弹道角控制回路框图；
图4为中末制导指令与响应示意图；
图5为前向控制器、阻尼回路和增稳回路控制量示意图。
具体实施方式
下面结合附图对本发明的具体实施方式进行进一步的详细描述。
基于不同中末制导体制下制导指令不同的情况所引起的姿控交接班问题展开研究，制导指令不同，对应被控对象的控制型别不同，故相应的控制策略和控制参数也完全不同，当两者进行切换时，可能导致控制指令跳变，引起弹体姿态剧烈变化，对于某视场较小的捷联导引头而言，容易引起目标失锁，故本发明针对此情况，设计姿控交接班算法，可保证中末制导交接班时弹体姿态平稳过渡。
如图1所示为中末制导交接班示意图，t0为交接班时刻，c为交接班时刻的控制指令。如图所示，若不进行控制，在交接班处容易引起指令跳变，产生指令跳变量Δc1和Δc2。
针对中制导为过载控制回路(如图2所示)，末制导为弹道角控制回路(如图3所示)，内回路为阻尼回路和增稳回路，前向串联的控制器为PI控制器的控制回路，设计如下方法，用于解决中末制导交接班时由于制导指令的变化所导致的指令跳变问题。
(1)计算阻尼回路和增稳回路的值，并进行相关的限幅处理，即
Figure BDA0003171918750000041
其中，Kω为阻尼回路参数，Ka为增稳回路参数，
Figure BDA0003171918750000042
和
Figure BDA0003171918750000043
分别为阻尼回路和增稳回路的控制量，ω为角速度，a为加速度。阻尼回路主要利用速率陀螺测量得到弹体绕侧轴的角速度信息，经Kω放大后产生附加舵偏，产生阻碍弹体转动的控制力矩，可有效改善被控对象的阻尼特性；增稳回路主要利用弹体加速度、飞行攻角或俯仰角等信息，经Ka放大后产生附加舵偏，可起到改善被控对象稳定性的作用。
(2)计算前向串联的控制器在交接班前的控制指令UPI_middle guidance，并进行相关的限幅处理
Figure BDA0003171918750000051
其中，Kp和Ki分别为比例系数和积分系数，e(t)＝ac-a为误差，ac为中制导指令，t0为初始时刻，t1为中末制导交接班时刻。
结合阻尼回路和增稳回路的控制量，并进行相关的限幅处理后，交接班前的控制指令为
Figure BDA0003171918750000052
(3)设计交接班后的控制指令并进行限幅处理。
进入末制导后，制导指令发生了变化，由ac变为θc，因此交接班后的控制误差变为
e(t)＝θc-θ
其中θ为弹道角。
在中末制导交接班时刻，θc＝θ，故e(t1)＝0，即比例控制项Kpe(t1)＝0。
为了避免在交接班前后控制指令发生跳变，设交接班前后的前向控制器输出指令相同，对Kp和Ki重新赋值，并对控制量进行相关的限幅，即可得
Figure BDA0003171918750000053
交接班前后Kω和Ka的值保持不变，交接班后的控制指令为
Figure BDA0003171918750000054
对上式进行相关的限幅后，即可得到最终的交接班后的控制指令。由于中末制导的制导体制不同，在交接班后一段时间[t1,t2]内制导指令依然可能存在跳变。因此对[t1,t2]内的控制指令也进行相关限幅，保证控制增量变化较小，不会引起舵偏快速跳变。
进一步的，本发明还提出一种姿控交接班系统，包括：
内回路控制量计算模块：计算阻尼回路和增稳回路的控制量，并进行相关的限幅处理；
交接班前的控制指令确定模块：计算前向串联的控制器在交接班前的控制指令UPI_middle guidance，并进行相关的限幅处理，考虑阻尼回路和增稳回路的控制量，令交接班前的控制指令变为限幅后的Umiddle guidance；
交接班后的控制指令确定模块：设计交接班后的控制指令并进行限幅处理，避免在交接班前后控制指令发生跳变。
本发明方法适用于具有以下特性的中末制导姿控回路：内回路为阻尼回路和增稳回路，且二者的控制参数在中末制导交接班前后一致，前向串联的控制器均为比例积分控制；前向控制通路的控制器在交接班前后的综合输出值一致。本发明方法可保证在中末制导交接班时弹体姿态平稳过渡，使得在交接班过程中目标始终保持在视场范围内，顺利完成中末制导交接班
实施例：
仿真条件：某激光半主动制导导弹，中制导为GPS/INS复合制导，末制导为激光半主动制导。投放高度为3000m，投放速度为45m/s，射程4km，目标移动速度为10m/s。
仿真结果：如图4和图5所示。图4为中末制导指令和响应，上图为中制导指令ac，下图为末制导指令θc。在13s时，进行中末制导交接班，控制指令由ac变为θc。图5分别为前向控制器、阻尼回路和增稳回路的控制量。由图5可知，在交接班前后，前向控制器的控制量的输出值一致，阻尼回路和增稳回路的控制量未发生突变，在交接班时刻和交接班后的一段时间内控制量无跳变，能够保证弹体姿态平稳过渡。
本发明未详细说明部分属本领域技术人员公知常识。

Claims (10)

1.一种中末制导交接班时的姿控交接班方法，其特征在于包括如下步骤：
(1)计算阻尼回路和增稳回路的控制量，并进行相关的限幅处理；
(2)计算前向串联的控制器在交接班前的控制指令UPI_middleguidance，并进行相关的限幅处理，结合阻尼回路和增稳回路的控制量，令交接班前的控制指令变为限幅后的Umiddleguidance；
(3)设计交接班后的控制指令并进行限幅处理，避免在交接班前后控制指令发生跳变。
2.根据权利要求1所述的一种中末制导交接班时的姿控交接班方法，其特征在于：中制导为过载控制回路，末制导为弹道角控制回路，其中控制回路内回路为阻尼回路和增稳回路，且阻尼回路和增稳回路的控制参数在中末制导交接班前后一致，前向串联的控制器均为比例积分控制。
3.根据权利要求1所述的一种中末制导交接班时的姿控交接班方法，其特征在于：所述计算阻尼回路和增稳回路的值，并进行相关的限幅处理，即：
Figure FDA0003171918740000011
交接班前后阻尼回路参数Kω和增稳回路参数Ka保持不变，
Figure FDA0003171918740000012
和
Figure FDA0003171918740000013
分别为阻尼回路和增稳回路的控制量，ω为角速度，a为加速度。
4.根据权利要求3所述的一种中末制导交接班时的姿控交接班方法，其特征在于：计算前向串联的控制器在交接班前的控制指令UPI_middleguidance，并进行相关的限幅处理，具体为：
Figure FDA0003171918740000014
其中，Kp和Ki分别为比例系数和积分系数，误差e(t)＝ac-a，ac为中制导指令，t0为初始时刻，t1为中末制导交接班时刻；
结合阻尼回路和增稳回路确定交接班前的控制指令，进行相关的限幅处理后，控制指令变为：
Figure FDA0003171918740000021
5.根据权利要求4所述的一种中末制导交接班时的姿控交接班方法，其特征在于：进入末制导后，制导指令发生了变化，由中制导指令ac变为末制导指令θc，交接班后的控制误差变为e(t)＝θc-θ，其中θ为弹道角；
在中末制导交接班时刻，θc＝θ，故e(t1)＝0，即比例控制项Kpe(t1)＝0。
6.根据权利要求5所述的一种中末制导交接班时的姿控交接班方法，其特征在于：设计交接班后的控制指令并进行限幅处理，具体为：设交接班前后的前向控制器输出指令相同，对比例系数Kp和积分系数和Ki重新赋值，并对控制量进行相关的限幅，避免在交接班前后控制指令发生跳变，即可得交接班后的前向控制器指令UPI_terminalguidance
Figure FDA0003171918740000022
交接班前后Kω和Ka的值保持不变，交接班后的控制指令为
Figure FDA0003171918740000023
对上式进行相关的限幅后，即可得到最终的交接班后的控制指令。
7.根据权利要求6所述的一种中末制导交接班时的姿控交接班方法，其特征在于：由于中末制导的制导体制不同，在交接班后一段时间[t1,t2]内制导指令依然可能存在跳变，对[t1,t2]内的控制指令也进行相关限幅，保证控制增量变化较小，不会引起舵偏快速跳变。
8.一种根据权利要求1所述的中末制导交接班时的姿控交接班方法实现的中末制导交接班时的姿控交接班系统，其特征在于包括：
内回路控制量计算模块：计算阻尼回路和增稳回路的控制量，并进行相关的限幅处理；
交接班前的控制指令确定模块：计算前向串联的控制器在交接班前的控制指令UPI_middleguidance，并进行相关的限幅处理，考虑阻尼回路和增稳回路的控制量，令交接班前的控制指令变为限幅后的Umiddleguidance；
交接班后的控制指令确定模块：设计交接班后的控制指令并进行限幅处理，避免在交接班前后控制指令发生跳变。
9.根据权利要求8所述的姿控交接班系统，其特征在于：所述计算阻尼回路和增稳回路的值，并进行相关的限幅处理，即：
Figure FDA0003171918740000031
交接班前后阻尼回路参数Kω和增稳回路参数Ka保持不变，
Figure FDA0003171918740000032
和
Figure FDA0003171918740000033
分别为阻尼回路和增稳回路的控制量，ω为角速度，a为加速度；
计算前向串联的控制器在交接班前的控制指令UPI_middleguidance，并进行相关的限幅处理，具体为：
Figure FDA0003171918740000034
其中，Kp和Ki分别为比例系数和积分系数，误差e(t)＝ac-a，ac为中制导指令，t0为初始时刻，t1为中末制导交接班时刻；
结合阻尼回路和增稳回路确定交接班前的控制指令，进行相关的限幅处理后，控制指令变为：
Figure FDA0003171918740000035
10.根据权利要求9所述的姿控交接班系统，其特征在于：进入末制导后，制导指令发生了变化，由中制导指令ac变为末制导指令θc，交接班后的控制误差变为e(t)＝θc-θ，其中θ为弹道角；
在中末制导交接班时刻，θc＝θ，故e(t1)＝0，即比例控制项Kpe(t1)＝0；
设计交接班后的控制指令并进行限幅处理，具体为：设交接班前后的前向控制器输出指令相同，对比例系数Kp和积分系数和Ki重新赋值，并对控制量进行相关的限幅，避免在交接班前后控制指令发生跳变，即可得交接班后的前向控制器指令UPI_terminalguidance
Figure FDA0003171918740000041
交接班前后Kω和Ka的值保持不变，交接班后的控制指令为
Figure FDA0003171918740000042
对上式进行相关的限幅后，即可得到最终的交接班后的控制指令；
由于中末制导的制导体制不同，在交接班后一段时间[t1,t2]内制导指令依然可能存在跳变，对[t1,t2]内的控制指令也进行相关限幅，保证控制增量变化较小，不会引起舵偏快速跳变。
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