CN114812293B - 一种末端减速机动控制方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种末端减速机动控制方法，通过当前速度与期望落速装订的相对误差及误差变化率确定附加减速机动指令，进而将附加减速机动指令与原始制导控制侧向指令相叠加，得到合成控制指令。本发明公开的末端减速机动控制方法，解决了目前火箭弹末端机动方案的灵活性问题和过载指令合成的问题，更好的适应实物机构的工作性能，末端机动灵活性高，突防效果更佳。

Description

一种末端减速机动控制方法

技术领域

本发明涉及一种末端减速机动控制方法，属于飞行器控制 领域。

背景技术

随着火箭弹武器系统的不断发展，火箭弹的突防问题变得 越来越重要。为了增加对火箭弹的拦截难度，提高火箭弹的突 防能力，火箭弹需要进行末端机动控制。

目前常用的末端机动控制方法采用以最大过载不变的机动 控制方式，不具有灵活性，实物机构也难以完成任务要求。

此外，常规的末端机动控制方法未考虑原有过载指令与机 动过载指令的叠加，在工程上实用性差。

由于上述原因，本发明人对现有的飞行器末端机动控制方 法进行了研究，以期解决上述问题。

发明内容

为了克服上述问题，本发明人进行了锐意研究，提出了一 种末端减速机动控制方法，通过当前速度与期望落速装订的相 对误差及误差变化率确定附加减速机动指令，进而将附加减速 机动指令与原始制导控制侧向指令相叠加，得到合成控制指令。

根据本发明，该方法包括以下步骤：

S1、通过对当前速度与期望落速装订进行比例控制，形成 侧向减速期望指令；

S2、基于侧向减速期望指令，以侧向减速机动可用指令为 约束，确定附加减速机动指令大小；

S3、设置侧向机动指令的误差带，根据误差带确定附加减 速机动指令符号；

S4、将附加减速机动指令与原始制导控制侧向指令相叠加， 获得合成偏航过载控制指令。

在步骤S1中，根据当前速度和期望落速装订，可获得侧向 速度变化率指令dv_z0：

dv_z0＝v_c*k₁+(a_xb-dv_c)*k₂

其中，v_c为速度指令，a_xb为火箭弹轴向过载，k₁、k₂为比例 系数，dv_c为速度变化率指令；

速度指令v_c和速度变化率指令dv_c可以表示为：

v_c＝v-v_impact

其中，v表示火箭弹当前速度，v_impact表示期望落速装订，t_go表示剩余飞行时间。

在一个优选的实施方式中，采用指令平滑滤波器平滑侧向 速度变化率指令dv_z0，从而获得经过平滑后的侧向减速期望指令 dv_z1，可以表示为：

其中，T为平滑滤波器时间常数，s表示传递函数复变量。

根据本发明，在步骤S2中，所述侧向减速机动可用指令可 以表示为：

a_{z_valid}＝|a_zmax|-|a_zc0| (5)

其中，a_{z_valid}为侧向减速机动可用指令，a_zmax为侧向最大可 用过载指令，a_zc0为原始制导控制回路侧向过载指令，

将侧向减速期望指令dv_z1与侧向减速机动可用指令a_{z_valid}进 行比较，确定侧向减速机动可用指令a_{z_valid}的大小，确定后的 a_{z_valid}大小即为附加减速机动指令大小。

进一步地，当a_{z_valid}≥dv_z1时，a_{z_valid}＝dv_z1；

当a_{z_valid}＜dv_z1时，a_{z_valid}＝0。

根据本发明，在步骤S3中，通过设置侧向机动指令的误差 带调整侧向减速期望指令dv_z1的方向，所述侧向机动指令的误差 带设置如下：

当飞行器沿负z轴运动到z＜-R^*时，改变火箭弹的机动方向， 使其侧向速度变化率指令变为沿正z轴，即dv_z1＝a_{z_valid}；

当飞行器沿正z轴运动到z＞R^*时，改变火箭弹的机动方向， 使其侧向速度变化率指令变为沿负z轴，即dv_z1＝-a_{z_valid}。

其中，R^*表示误差带的宽度。

优选地，误差带的宽度R^*的取值为：50m≤R^*≤70m。

根据本发明一个优选的实施方式，对侧向减速期望指令dv_z1进行平滑处理，获得附加减速机动指令dv′_z，可以表示为：

dv′_z＝dv_z1*k_turning ²+(1-k_turning ²)*dv′_z1

其中，k_turning为比例系数，T_s为时间系数，t_turning为当前单一 侧向方向机动周期时间，dv′_z1表示上一状态中的侧向速度变化率 指令dv_z1，所述上一状态为调整侧向速度变化率指令方向前火箭 弹所处的状态。

在步骤S4中，所述合成偏航过载控制指令可以表示为：

a_zc＝a_zc0+dv′_z

其中，a_zc为合成偏航过载控制指令，a_zc0表示原始制导控制 回路侧向过载指令，dv′_z表示附加减速机动指令。

本发明所具有的有益效果包括：

(1)根据本发明提供的一种末端减速机动控制方法，解 决了目前火箭弹末端机动方案的灵活性问题和过载指令合成的 问题。

(2)根据本发明提供的一种末端减速机动控制方法，在 机动指令符号发生改变时加入平滑机构，更好的适应实物机构 的工作性能。

(3)根据本发明提供的一种末端减速机动控制方法，末 端机动灵活性高，突防效果更佳。

附图说明

图1示出根据本发明一种优选实施方式的末端减速机动控 制方法示意图；

图2示出根据本发明实施例1中获得的合成偏航过载控制 指令仿真图；

图3示出根据本发明实施例1中火箭弹最终轨迹仿真图。

具体实施方式

下面通过附图和实施例对本发明进一步详细说明。通过这 些说明，本发明的特点和优点将变得更为清楚明确。

在这里专用的词“示例性”意为“用作例子、实施例或说 明性”。这里作为“示例性”所说明的任何实施例不必解释为优 于或好于其它实施例。尽管在附图中示出了实施例的各种方面， 但是除非特别指出，不必按比例绘制附图。

本发明提供的一种末端减速机动控制方法，通过当前速度 与期望落速装订的相对误差及误差变化率确定附加减速机动指 令，进而将附加减速机动指令与原始制导控制侧向指令相叠加， 得到合成控制指令。

具体地，该方法包括以下步骤，如图1所示：

S1、通过对当前速度与期望落速装订进行比例控制，形成 侧向减速期望指令；

S2、基于侧向减速期望指令，以侧向减速机动可用指令为 约束，确定附加减速机动指令大小；

S3、设置侧向机动指令的误差带，根据误差带确定附加减 速机动指令符号；

S4、将附加减速机动指令与原始制导控制侧向指令相叠加， 获得合成偏航过载控制指令。

在步骤S1中，根据当前速度和期望落速装订，可获得侧向 速度变化率指令dv_z0：

dv_z0＝v_c*k₁+(a_xb-dv_c)*k₂ (1)

其中，v_c为速度指令，a_xb为火箭弹轴向过载，k₁、k₂为比例 系数，dv_c为速度变化率指令。

进一步地，速度指令v_c和速度变化率指令dv_c可以表示为：

v_c＝v-v_impact (2)

其中，v表示火箭弹当前速度，v_impact表示期望落速装订，t_go表示剩余飞行时间。

在一个优选的实施方式中，所述侧向速度变化率指令dv_z0的 最大值为15.0m/s²，最小值为0.5m/s²。

在本发明中，采用指令平滑滤波器平滑侧向速度变化率指 令dv_z0，从而获得经过平滑后的侧向减速期望指令dv_z1，可以表 示为：

其中，T为平滑滤波器时间常数，s表示传递函数复变量。

在步骤S2中，所述侧向减速机动可用指令可以表示为：

a_{z_valid}＝|a_zmax|-|a_zc0| (5)

其中，a_{z_valid}为侧向减速机动可用指令，a_zmax为侧向最大可 用过载指令，a_zc0为原始制导控制回路侧向过载指令。

进一步地，将侧向减速期望指令dv_z1与侧向减速机动可用指 令a_{z_valid}进行比较，确定侧向减速机动可用指令a_{z_valid}的大小，确 定后的a_{z_valid}大小即为附加减速机动指令大小。

具体地，当a_{z_valid}≥dv_z1时，表明控制机构能够完成减速机动 控制，则有：a_{z_valid}＝dv_z1；

当a_{z_valid}＜dv_z1时，表明控制机构不足以完成减速机动控制， 则有：a_{z_valid}＝0。

在常规情况下，当火箭弹沿负z轴机动时，dv_z1＝-a_{z_valid}；

当火箭弹沿负z轴机动时，dv_z1＝a_{z_valid}；

其中，dv_z1表示侧向减速期望指令，a_{z_valid}表示侧向减速机 动可用指令。

根据本发明，在步骤S3中，通过设置侧向机动指令的误差 带调整侧向减速期望指令dv_z1的方向，使得火箭弹在突防过程中 轨迹出现扭曲，以干扰防御系统对火箭弹轨迹的判断，从而诱 导防空武器出现攻击偏差。

在一个优选的实施方式中，所述侧向机动指令的误差带设 置如下：

当飞行器沿负z轴运动到z＜-R^*时，改变火箭弹的机动方向， 使其侧向速度变化率指令变为沿正z轴，即dv_z1＝a_{z_valid}；

当飞行器沿正z轴运动到z＞R^*时，改变火箭弹的机动方向， 使其侧向速度变化率指令变为沿负z轴，即dv_z1＝-a_{z_valid}。

其中，R^*表示误差带的宽度，通过上述方式获得的dv_z1即为 理想速度变化率指令，dv_z1的符号即为附加减速机动指令符号。

在一个更优选的实施方式中，50m≤R^*≤70m，更优选为60m， 发明人发现，若R^*取值过小，无法达到干扰防御系统对火箭弹 轨迹的判断的效果；若R^*取值过大，则燃料耗费过多，且超出 过载限制，火箭弹控制平稳性降低。

在一个优选的实施方式中，对侧向减速期望指令dv_z1进行平 滑处理，获得附加减速机动指令dv′_z，可以表示为：

dv′_z＝dv_z1*k_turning ²+(1-k_turning ²)*dv′_z1 (6)

其中，k_turning为比例系数，T_s为时间系数，t_turning为当前单一 侧向方向机动周期时间，dv′_z1表示上一状态中的侧向速度变化率 指令dv_z1，所述上一状态是指调整侧向速度变化率指令方向前， 火箭弹所处的状态。

在步骤S4中，所述合成偏航过载控制指令可以表示为：

a_zc＝a_zc0+dv′_z (8)

其中，a_zc为合成偏航过载控制指令，a_zc0表示原始制导控制 回路侧向过载指令，dv′_z表示附加减速机动指令。

进一步地，火箭弹可承受过载最大值表示为a_zmax，最小值 表示为-a_zmax，

当合成偏航过载控制指令a_zc大于a_zmax时，a_zc＝a_zmax；

当合成偏航过载控制指令a_zc小于-a_zmax时，a_zc＝-a_zmax，以避 免合成的过载控制指令超出火箭弹承受范围造成火箭弹控制失 衡。

实施例

实施例1

进行仿真实验，火箭弹初速度设定为0m/s、期望落速装订 为281m/s，火箭弹轴向过载a_xb＝-4m/s²，比例系数k₁、k₂设定为 0.5、0.5，

在步骤S1中，根据当前速度和期望落速装订，可获得侧向 速度变化率指令dv_z0：

dv_z0＝v_c*k₁+(a_xb-dv_c)*k₂ (1)

速度指令v_c和速度变化率指令dv_c可以表示为：

v_c＝v-v_impact (2)

采用指令平滑滤波器平滑侧向速度变化率指令dv_z0，从而获 得经过平滑后的侧向减速期望指令dv_z1，可以表示为：

其中，平滑滤波器时间常数T取值为0.8，

在步骤S2中，所述侧向减速机动可用指令可以表示为：

a_{z_valid}＝|a_zmax|-|a_zc0| (5)

当a_{z_valid}＞dv_z1时，表明控制机构能够完成减速机动控制，则 有：a_{z_valid}＝dv_z1；

当a_{z_valid}＜dv_z1时，表明控制机构不足以完成减速机动控制， 则有：a_{z_valid}＝0。

在步骤S3中，通过设置侧向机动指令的误差带调整侧向速 度变化率指令dv_z1的方向，所述侧向机动指令的误差带设置如下：

当飞行器沿负z轴运动到z＜-60m时，改变火箭弹的机动方 向，使其侧向速度变化率指令变为沿正z轴，即dv_z1＝a_{z_valid}；

当飞行器沿正z轴运动到z＞60m时，改变火箭弹的机动方向， 使其侧向速度变化率指令变为沿负z轴，即dv_z1＝-a_{z_valid}。

对侧向减速期望指令dv_z1进行平滑处理，获得附加减速机动 指令dv′_z，可以表示为：

dv′_z＝dv_z1*k_turning ²+(1-k_turning ²)*dv′_z1 (6)

在步骤S4中，所述合成偏航过载控制指令可以表示为：

a_zc＝a_zc0+dv′_z (8)

其中，a_zc为合成偏航过载控制指令，a_zc0表示原始制导控制 回路侧向过载指令，dv′_z表示附加减速机动指令。

当合成偏航过载控制指令a_zc大于a_zmax时，a_zc＝a_zmax；

当合成偏航过载控制指令a_zc小于-a_zmax时，a_zc＝-a_zmax。

获得的合成偏航过载控制指令a_zc如图2所示。

火箭弹最终轨迹如图3所示，从图上可以看出经过设计后 火箭弹的过载指令随时间发生变化，增加了火箭弹的灵活性， 提高了突防能力。

在本发明的描述中，需要说明的是，术语“上”、“下”、“内”、 “外”、“前”、“后”等指示的方位或位置关系为基于本发明工 作状态下的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化 描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方 位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限 制。此外，术语“第一”、“第二”、“第三”、“第四”仅用于描 述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性。

在本发明的描述中，需要说明的是，除非另有明确的规定 和限定，术语“安装”“相连”“连接”应作广义理解，例如， 可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体的连接普通； 可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接连接，也可以 通过中间媒介间接连接，可以是两个元件内部的连通。对于本 领域的普通技术人员而言，可以具体情况理解上述术语在本发 明中的具体含义。

以上结合了优选的实施方式对本发明进行了说明，不过这 些实施方式仅是范例性的，仅起到说明性的作用。在此基础上， 可以对本发明进行多种替换和改进，这些均落入本发明的保护 范围内。

Claims (7)

1.一种末端减速机动控制方法，通过当前速度与期望落速装订的相对误差及误差变化率确定附加减速机动指令，进而将附加减速机动指令与原始制导控制侧向指令相叠加，得到合成控制指令；

该方法包括以下步骤：

S1、通过对当前速度与期望落速装订进行比例控制，形成侧向减速期望指令；

S2、基于侧向减速期望指令，以侧向减速机动可用指令为约束，确定附加减速机动指令大小；

S3、设置侧向机动指令的误差带，根据误差带确定附加减速机动指令符号；

S4、将附加减速机动指令与原始制导控制侧向指令相叠加，获得合成偏航过载控制指令；

在步骤S1中，根据当前速度和期望落速装订，获得侧向速度变化率指令dv_z0：

dv_z0＝v_c*k₁+(a_xb-dv_c)*k₂

其中，v_c为速度指令，a_xb为火箭弹轴向过载，k₁、k₂为比例系数，dv_c为速度变化率指令；

速度指令v_c和速度变化率指令dv_c表示为：

v_c＝v-v_impact

其中，v表示火箭弹当前速度，v_impact表示期望落速装订，t_go表示剩余飞行时间；

在步骤S2中，所述侧向减速机动可用指令表示为：

a_{z_valid}＝|a_zmax|-|a_zc0| (5)

其中，a_{z_valid}为侧向减速机动可用指令，a_zmax为侧向最大可用过载指令，a_zc0为原始制导控制回路侧向过载指令，

将侧向减速期望指令dv_z1与侧向减速机动可用指令a_{z_valid}进行比较，确定侧向减速机动可用指令a_{z_valid}的大小，确定后的a_{z_valid}大小即为附加减速机动指令大小。

2.根据权利要求1所述的末端减速机动控制方法，其特征在于，

采用指令平滑滤波器平滑侧向速度变化率指令dv_z0，从而获得经过平滑后的侧向减速期望指令dv_z1，表示为：

其中，T为平滑滤波器时间常数，s表示传递函数复变量。

3.根据权利要求1所述的末端减速机动控制方法，其特征在于，

当a_{z_valid}≥dv_z1时，a_{z_valid}＝dv_z1；

当a_{z_valid}＜dv_z1时，a_{z_valid}＝0。

4.根据权利要求1所述的末端减速机动控制方法，其特征在于，

在步骤S3中，通过设置侧向机动指令的误差带调整侧向减速期望指令dv_z1的方向，所述侧向机动指令的误差带设置如下：

当飞行器沿负z轴运动到z＜-R^*时，改变火箭弹的机动方向，使其侧向速度变化率指令变为沿正z轴，即dv_z1＝a_{z_valid}；

当飞行器沿正z轴运动到z＞R^*时，改变火箭弹的机动方向，使其侧向速度变化率指令变为沿负z轴，即dv_z1＝-a_{z_valid}

其中，R^*表示误差带的宽度。

5.根据权利要求4所述的末端减速机动控制方法，其特征在于，

误差带的宽度R^*的取值为：50m≤R^*≤70m。

6.根据权利要求4所述的末端减速机动控制方法，其特征在于，

对侧向减速期望指令dv_z1进行平滑处理，获得附加减速机动指令dv′_z，表示为：

dv′_z＝dv_z1*k_turning ²+(1-k_turning ²)*dv′_z1

其中，k_turning为比例系数，T_s为时间系数，t_turning为当前单一侧向方向机动周期时间，dv′_z1表示上一状态中的侧向速度变化率指令dv_z1，所述上一状态为调整侧向速度变化率指令方向前火箭弹所处的状态。

7.根据权利要求1所述的末端减速机动控制方法，其特征在于，

在步骤S4中，所述合成偏航过载控制指令表示为：

a_zc＝a_zc0+dv′_z

其中，a_zc为合成偏航过载控制指令，a_zc0表示原始制导控制回路侧向过载指令，dv′_z表示附加减速机动指令。

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