JP3286969B2 - 飛翔体のオートパイロット - Google Patents
飛翔体のオートパイロットInfo
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Landscapes
- Control Of Position, Course, Altitude, Or Attitude Of Moving Bodies (AREA)
Description
【０００１】
【産業上の利用分野】この発明は、ロケット等の飛翔体
の姿勢を加速度制御するのに利用される飛翔体のオート
パイロットに関するものである。
の姿勢を加速度制御するのに利用される飛翔体のオート
パイロットに関するものである。
【０００２】
【従来の技術】一般に、ロケット等の飛翔体の姿勢を制
御する手段としては、空力的揚力を発生させる操舵翼、
ジェットベーンや可動ノズル等を用いる推力方向制御装
置、あるいは飛翔体の側方にガス等を噴射させるスラス
タなどがある。
御する手段としては、空力的揚力を発生させる操舵翼、
ジェットベーンや可動ノズル等を用いる推力方向制御装
置、あるいは飛翔体の側方にガス等を噴射させるスラス
タなどがある。
【０００３】これらの制御手段を用いたオートパイロッ
トとしては、例えば、指令信号により上記制御手段を作
動させると共に、飛翔体の運動によって生じた加速度お
よび姿勢角速度を検出し、その検出値を制御手段側にフ
ィードバックさせて飛翔体の姿勢を制御するものがあ
る。
トとしては、例えば、指令信号により上記制御手段を作
動させると共に、飛翔体の運動によって生じた加速度お
よび姿勢角速度を検出し、その検出値を制御手段側にフ
ィードバックさせて飛翔体の姿勢を制御するものがあ
る。
【０００４】このような制御方式は、加速度制御と呼ば
れるもので、１９９０年１２月に原書房が発行した「ミ
サイル工学事典」の第５１７頁〜第５２０頁などに記載
されている。
れるもので、１９９０年１２月に原書房が発行した「ミ
サイル工学事典」の第５１７頁〜第５２０頁などに記載
されている。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】ところで、上記したよ
うな加速度制御を行うオートパイロットは、例えばミサ
イルの分野において、目標あるいはミサイル自体の高速
化や、目標のステルス性能の向上による探知距離の減少
に対して、命中率を維持し且つ向上させるためにより一
層高速な応答性能が要求されている。
うな加速度制御を行うオートパイロットは、例えばミサ
イルの分野において、目標あるいはミサイル自体の高速
化や、目標のステルス性能の向上による探知距離の減少
に対して、命中率を維持し且つ向上させるためにより一
層高速な応答性能が要求されている。
【０００６】
【発明の目的】この発明は、上記したような従来の状況
に鑑みて成されたもので、加速度制御を行う飛翔体のオ
ートパイロットにおいて、姿勢制御時の応答性能を高め
ることを目的としている。
に鑑みて成されたもので、加速度制御を行う飛翔体のオ
ートパイロットにおいて、姿勢制御時の応答性能を高め
ることを目的としている。
【０００７】
【課題を解決するための手段】この発明に係わる飛翔体
のオートパイロットは、操舵翼あるいは推力方向制御装
置である主制御手段と、飛翔体の機軸に直交する方向に
流体を噴射するスラスタと、前記機軸に直交する方向の
加速度を検出する加速度計と、前記スラスタを所定の周
期で作動させるためのパルスを発生するパルス幅変調指
令器と、前記加速度計からの信号を主制御手段およびス
ラスタの各制御系にフィードバックさせる分配器を備
え、スラスタの制御系は、主制御手段を作動させる指令
加速度と主制御手段の作動により生じた加速度との差か
らスラスタの発生力積の指令値を設定してスラスタを作
動させ、主制御手段の作動により生じた加速度と主制御
手段およびスラスタの作動より生じた加速度との差から
スラスタの作動により生じた加速度を求めると共に、先
のスラスタの発生力積の指令値とスラスタの作動により
生じた加速度の力積とが同一になるように、スラスタの
噴射時間を設定するパルス幅変調指令器のパルス幅を変
調させる制御系である構成としており、上記構成を課題
を解決するための手段としている。
のオートパイロットは、操舵翼あるいは推力方向制御装
置である主制御手段と、飛翔体の機軸に直交する方向に
流体を噴射するスラスタと、前記機軸に直交する方向の
加速度を検出する加速度計と、前記スラスタを所定の周
期で作動させるためのパルスを発生するパルス幅変調指
令器と、前記加速度計からの信号を主制御手段およびス
ラスタの各制御系にフィードバックさせる分配器を備
え、スラスタの制御系は、主制御手段を作動させる指令
加速度と主制御手段の作動により生じた加速度との差か
らスラスタの発生力積の指令値を設定してスラスタを作
動させ、主制御手段の作動により生じた加速度と主制御
手段およびスラスタの作動より生じた加速度との差から
スラスタの作動により生じた加速度を求めると共に、先
のスラスタの発生力積の指令値とスラスタの作動により
生じた加速度の力積とが同一になるように、スラスタの
噴射時間を設定するパルス幅変調指令器のパルス幅を変
調させる制御系である構成としており、上記構成を課題
を解決するための手段としている。
【０００８】つまり、上記飛翔体のオートパイロット
は、加速度応答遅れが数１００ｍｓであるが効率良く加
速度を発生させる操舵翼あるいは推力方向制御装置と、
加速度応答遅れが数ｍｓ程度と短いスラスタとを組合わ
せた複合制御方式であって、一つの加速度計および分配
器を用いて、操舵翼あるいは推力方向制御装置である主
制御手段の制御系と、スラスタの制御系を形成してい
る。
は、加速度応答遅れが数１００ｍｓであるが効率良く加
速度を発生させる操舵翼あるいは推力方向制御装置と、
加速度応答遅れが数ｍｓ程度と短いスラスタとを組合わ
せた複合制御方式であって、一つの加速度計および分配
器を用いて、操舵翼あるいは推力方向制御装置である主
制御手段の制御系と、スラスタの制御系を形成してい
る。
【０００９】
【発明の作用】この発明に係わる飛翔体のオートパイロ
ットでは、指令加速度により主制御手段を作動させると
共に、スラスタを所定の周期で作動させる。
ットでは、指令加速度により主制御手段を作動させると
共に、スラスタを所定の周期で作動させる。
【００１０】スラスタが作動していない状態では、主制
御手段により飛翔体に生じた加速度を検出し、この検出
値を分配器を介して主制御手段側にフィードバックさせ
る。このとき、指令加速度の値と前記検出値との差によ
り、スラスタの発生力積の指令値が設定される。
御手段により飛翔体に生じた加速度を検出し、この検出
値を分配器を介して主制御手段側にフィードバックさせ
る。このとき、指令加速度の値と前記検出値との差によ
り、スラスタの発生力積の指令値が設定される。
【００１１】次に、スラスタが作動している状態では、
主制御手段とスラスタとにより生じた加速度を検出し、
この検出値と前記スラスタが作動していないときの検出
値との差をスラスタ自体による加速度とする。
主制御手段とスラスタとにより生じた加速度を検出し、
この検出値と前記スラスタが作動していないときの検出
値との差をスラスタ自体による加速度とする。
【００１２】そして、スラスタ自体による加速度をスラ
スタ側にフィードバックし、先のスラスタの発生力積の
指令値と、実際にスラスタにより生じた加速度の力積と
が同一となるように、１サイクルあたりのスラスタの噴
射時間、すなわちスラスタ作動用のパルスの幅を変調さ
せる。
スタ側にフィードバックし、先のスラスタの発生力積の
指令値と、実際にスラスタにより生じた加速度の力積と
が同一となるように、１サイクルあたりのスラスタの噴
射時間、すなわちスラスタ作動用のパルスの幅を変調さ
せる。
【００１３】
【実施例】以下、この発明の一実施例を図面に基づいて
説明する。
説明する。
【００１４】図３に示す飛翔体（例えばミサイル）Ｆ
は、側部に、４枚の主翼１を十字形に備えると共に、尾
部に、アクチュエータ２により駆動される４枚の操舵翼
３を同じく十字形に備えている。この飛翔体Ｆには、ス
ラスタ４およびオートパイロット用制御装置５のほか、
図示しない飛翔用の固体推進薬およびペイロード等が搭
載してある。
は、側部に、４枚の主翼１を十字形に備えると共に、尾
部に、アクチュエータ２により駆動される４枚の操舵翼
３を同じく十字形に備えている。この飛翔体Ｆには、ス
ラスタ４およびオートパイロット用制御装置５のほか、
図示しない飛翔用の固体推進薬およびペイロード等が搭
載してある。
【００１５】前記スラスタ４は、固体推進薬６を充填し
たガス発生器７、ガスの流通を制御するバルブ８、およ
びノズル９を備えている。前記ノズル９は、飛翔体Ｆの
重心よりも頭部側に位置し、図４にも示すように、機軸
に対して直角で且つ互いに直角な４方向に設けてある。
たガス発生器７、ガスの流通を制御するバルブ８、およ
びノズル９を備えている。前記ノズル９は、飛翔体Ｆの
重心よりも頭部側に位置し、図４にも示すように、機軸
に対して直角で且つ互いに直角な４方向に設けてある。
【００１６】つまり、上記飛翔体Ｆは、加速度応答遅れ
が数１００ｍｓであるが効率良く加速度を発生させる操
舵翼３と、加速度応答遅れが数ｍｓ程度と短いスラスタ
４とを組合わせた複合制御方式になっており、例えば図
５に示すように、速度Ｖｃで飛翔しているときに操舵翼
３とスラスタ４を作動させると、飛翔体Ｆに作用するマ
ヌーバ力Ｆｍは、操舵翼３による空力マヌーバ力Ｆｗと
スラスタ４の噴射による推力Ｆｔとの和となる。
が数１００ｍｓであるが効率良く加速度を発生させる操
舵翼３と、加速度応答遅れが数ｍｓ程度と短いスラスタ
４とを組合わせた複合制御方式になっており、例えば図
５に示すように、速度Ｖｃで飛翔しているときに操舵翼
３とスラスタ４を作動させると、飛翔体Ｆに作用するマ
ヌーバ力Ｆｍは、操舵翼３による空力マヌーバ力Ｆｗと
スラスタ４の噴射による推力Ｆｔとの和となる。
【００１７】上記飛翔体Ｆにおけるオートパイロットの
制御系は、図１に示すように、第１補償器１１、第２補
償器１２、操舵翼用アクチュエータ２、操舵翼３、飛翔
体Ｆの運動（ブロック１４）により機軸に直交する方向
に生じた加速度を検出する加速度計１５、および分配器
１６によって操舵翼３の制御ループを形成している。ま
た、飛翔体Ｆの運動（ブロック１４）をレートジャイロ
１８で検出し、これを第２補償器１２にフィードバック
させるようにして、飛翔体Ｆの姿勢の安定化を図る姿勢
制御ループを形成している。
制御系は、図１に示すように、第１補償器１１、第２補
償器１２、操舵翼用アクチュエータ２、操舵翼３、飛翔
体Ｆの運動（ブロック１４）により機軸に直交する方向
に生じた加速度を検出する加速度計１５、および分配器
１６によって操舵翼３の制御ループを形成している。ま
た、飛翔体Ｆの運動（ブロック１４）をレートジャイロ
１８で検出し、これを第２補償器１２にフィードバック
させるようにして、飛翔体Ｆの姿勢の安定化を図る姿勢
制御ループを形成している。
【００１８】さらに、オートパイロットの制御系では、
第３補償器１３、スラスタ４を周期的に作動させるため
のパルスを発生するパルス幅変調指令器１７、スラスタ
用バルブ８（スラスタ４）、前記加速度計１５、および
分配器１６によってスラスタ４の制御ループを形成して
いる。
第３補償器１３、スラスタ４を周期的に作動させるため
のパルスを発生するパルス幅変調指令器１７、スラスタ
用バルブ８（スラスタ４）、前記加速度計１５、および
分配器１６によってスラスタ４の制御ループを形成して
いる。
【００１９】上記オートパイロットは、シーカー等から
得られた目標情報を基に必要機動加速度ａC （ｎ）を算
出してこれを指令加速度とし、この指令加速度を第１補
償器１１および第３補償器１３に入力することにより、
操舵翼３を作動させると共に、指令加速度に基づいて変
調されたパルスによってスラスタ４を所定の周期で作動
させる。
得られた目標情報を基に必要機動加速度ａC （ｎ）を算
出してこれを指令加速度とし、この指令加速度を第１補
償器１１および第３補償器１３に入力することにより、
操舵翼３を作動させると共に、指令加速度に基づいて変
調されたパルスによってスラスタ４を所定の周期で作動
させる。
【００２０】このとき、スラスタ４が作動していない状
態では、操舵翼３の制御ループにおいて、第２補償器１
２を介して伝えられる指令加速度の信号によってアクチ
ュエータ２および操舵翼３が作動し、加速度計１５によ
り、飛翔体の運動（１４）で生じた加速度ａＡ（ｎ）が
検出され、この検出値は分配器１６を介してフィードバ
ックされ、且つ第３補償器１３にも入力される。
態では、操舵翼３の制御ループにおいて、第２補償器１
２を介して伝えられる指令加速度の信号によってアクチ
ュエータ２および操舵翼３が作動し、加速度計１５によ
り、飛翔体の運動（１４）で生じた加速度ａＡ（ｎ）が
検出され、この検出値は分配器１６を介してフィードバ
ックされ、且つ第３補償器１３にも入力される。
【００２１】ここで、指令加速度と、実際に操舵翼３の
作動により生じた加速度との差は、ａＣ（ｎ）−ａ
Ａ（ｎ）である。
作動により生じた加速度との差は、ａＣ（ｎ）−ａ
Ａ（ｎ）である。
【００２２】したがって、上記の差を補うのに必要なス
ラスタ４の発生力積は、スラスタ４の作動周期をｔＣと
すると、［ａＣ（ｎ）−ａＡ（ｎ）］・ｔＣとなり、こ
の値がスラスタ４に対する指令値となる。
ラスタ４の発生力積は、スラスタ４の作動周期をｔＣと
すると、［ａＣ（ｎ）−ａＡ（ｎ）］・ｔＣとなり、こ
の値がスラスタ４に対する指令値となる。
【００２３】他方、スラスタ４の制御ループでは、パル
ス幅変調指令器１７からパルスが入力されたときにバル
ブ８が開放され、固体推進薬６の燃焼により生じたガス
をノズル９から所定の方向に噴射し、これにより飛翔体
Ｆに生じた加速度ａＴＡ（ｎ）が検出され、その検出値
は分配器１６を介してフィードバックされる。
ス幅変調指令器１７からパルスが入力されたときにバル
ブ８が開放され、固体推進薬６の燃焼により生じたガス
をノズル９から所定の方向に噴射し、これにより飛翔体
Ｆに生じた加速度ａＴＡ（ｎ）が検出され、その検出値
は分配器１６を介してフィードバックされる。
【００２４】ここで、スラスタ４を作動させたときに飛
翔体Ｆに生じる加速度ａＴＡ（ｎ）は、スラスタ４自体
により生じた加速度と、前記操舵翼３により生じた加速
度との和である。また、操舵翼３により生じた加速度の
変化は、オートパイロットの処理速度に比べて十分に遅
いので、このときの加速度は、先の測定値ａＡ（ｎ）に
近似したものとなる。
翔体Ｆに生じる加速度ａＴＡ（ｎ）は、スラスタ４自体
により生じた加速度と、前記操舵翼３により生じた加速
度との和である。また、操舵翼３により生じた加速度の
変化は、オートパイロットの処理速度に比べて十分に遅
いので、このときの加速度は、先の測定値ａＡ（ｎ）に
近似したものとなる。
【００２５】したがって、スラスタ４自体により生じた
加速度は、操舵翼３およびスラスタ４を作動させたとき
に飛翔体Ｆに生じた加速度と、操舵翼３のみにより生じ
た加速度との差、すなわち、ａＴＡ（ｎ）−ａＡ（ｎ）
で近似できる。
加速度は、操舵翼３およびスラスタ４を作動させたとき
に飛翔体Ｆに生じた加速度と、操舵翼３のみにより生じ
た加速度との差、すなわち、ａＴＡ（ｎ）−ａＡ（ｎ）
で近似できる。
【００２６】さらに、スラスタ４による発生力積は、ス
ラスタ４の噴射時間をｔT とすると、［ａＴＡ（ｎ）−
ａＡ（ｎ）］・ｔＴとなる。そこで、スラスタ４の制御
ループでは、先のスラスタ４に対する指令値と上記発生
力積とが同一になるように、スラスタ４の噴射時間ｔＴ
を設定する。つまり、 ［ａＣ（ｎ）−ａＡ（ｎ）］・ｔＣ＝［ａＴＡ（ｎ）−ａＡ（ｎ）］・ｔＴ の関係から、スラスタ４の噴射時間ｔT は、 ［ａＣ（ｎ）−ａＡ（ｎ）］・ｔＣ／［ａＴＡ（ｎ）−ａＡ（ｎ）］ で求めることができる。
ラスタ４の噴射時間をｔT とすると、［ａＴＡ（ｎ）−
ａＡ（ｎ）］・ｔＴとなる。そこで、スラスタ４の制御
ループでは、先のスラスタ４に対する指令値と上記発生
力積とが同一になるように、スラスタ４の噴射時間ｔＴ
を設定する。つまり、 ［ａＣ（ｎ）−ａＡ（ｎ）］・ｔＣ＝［ａＴＡ（ｎ）−ａＡ（ｎ）］・ｔＴ の関係から、スラスタ４の噴射時間ｔT は、 ［ａＣ（ｎ）−ａＡ（ｎ）］・ｔＣ／［ａＴＡ（ｎ）−ａＡ（ｎ）］ で求めることができる。
【００２７】したがって、当該オートパイロットは、図
２にも示すように、上記の式で算出された噴射時間だけ
スラスタ４のバルブ８を開放し得るように、パルス幅変
調指令器１７においてパルス幅を変調させ、その時間が
経過した時点でスラスタ４の噴射を停止させるように
し、以下、同一の処理を継続して実行する。図２には、
時間経過に伴ってスラスタ４の噴射時間が減少している
状態が示されている。なお、ｎは、スラスタ４の作動周
期に対応した加速度計１５のサンプリングの順番を示
す。
２にも示すように、上記の式で算出された噴射時間だけ
スラスタ４のバルブ８を開放し得るように、パルス幅変
調指令器１７においてパルス幅を変調させ、その時間が
経過した時点でスラスタ４の噴射を停止させるように
し、以下、同一の処理を継続して実行する。図２には、
時間経過に伴ってスラスタ４の噴射時間が減少している
状態が示されている。なお、ｎは、スラスタ４の作動周
期に対応した加速度計１５のサンプリングの順番を示
す。
【００２８】このように、当該オートパイロットは、一
つの加速度計１５および分配器１６を用いて操舵翼３と
スラスタ４の各制御ループを形成し、操舵翼３の制御ル
ープでは、指令加速度に基づいて操舵翼３を作動させる
と共に、これにより生じた加速度をフィードバックす
る。また、スラスタ４の制御ループでは、操舵翼３を作
動させる指令加速度と操舵翼３の作動により生じた加速
度との差からスラスタ４の発生力積の指令値を設定して
スラスタ４を作動させ、操舵翼３の作動により生じた加
速度と操舵翼３およびスラスタ４の作動より生じた加速
度との差からスラスタ４の作動により生じた加速度を求
めると共に、先のスラスタ４の発生力積の指令値とスラ
スタ４の作動により生じた加速度の力積とが同一になる
ように、スラスタ４の噴射時間を設定するパルス幅変調
指令器１７のパルス幅を変調させ、スラスタ４を周期的
に作動させて飛翔体Ｆの加速度制御を行う。
つの加速度計１５および分配器１６を用いて操舵翼３と
スラスタ４の各制御ループを形成し、操舵翼３の制御ル
ープでは、指令加速度に基づいて操舵翼３を作動させる
と共に、これにより生じた加速度をフィードバックす
る。また、スラスタ４の制御ループでは、操舵翼３を作
動させる指令加速度と操舵翼３の作動により生じた加速
度との差からスラスタ４の発生力積の指令値を設定して
スラスタ４を作動させ、操舵翼３の作動により生じた加
速度と操舵翼３およびスラスタ４の作動より生じた加速
度との差からスラスタ４の作動により生じた加速度を求
めると共に、先のスラスタ４の発生力積の指令値とスラ
スタ４の作動により生じた加速度の力積とが同一になる
ように、スラスタ４の噴射時間を設定するパルス幅変調
指令器１７のパルス幅を変調させ、スラスタ４を周期的
に作動させて飛翔体Ｆの加速度制御を行う。
【００２９】また、上記実施例では、主制御手段として
操舵翼３を例示したが、ガイドベーンや可動ノズルなど
を用いた推力方向制御装置を主制御手段とした場合で
も、同様の制御を行うことができる。
操舵翼３を例示したが、ガイドベーンや可動ノズルなど
を用いた推力方向制御装置を主制御手段とした場合で
も、同様の制御を行うことができる。
【００３０】
【発明の効果】以上説明してきたように、この発明の飛
翔体のオートパイロットは、操舵翼あるいは推力方向制
御装置である主制御手段と、スラスタとによる複合制御
方式の採用により、姿勢制御時の応答性能を大幅に高め
ることができ、しかも、一つの加速度計を用いて二つの
機動源が発生させる加速度を検出し、正確に飛翔体を制
御することができ、信頼性および低コスト性を確保しつ
つ上記の複合制御系を実現することができる。
翔体のオートパイロットは、操舵翼あるいは推力方向制
御装置である主制御手段と、スラスタとによる複合制御
方式の採用により、姿勢制御時の応答性能を大幅に高め
ることができ、しかも、一つの加速度計を用いて二つの
機動源が発生させる加速度を検出し、正確に飛翔体を制
御することができ、信頼性および低コスト性を確保しつ
つ上記の複合制御系を実現することができる。
【図１】この発明の一実施例による飛翔体のオートパイ
ロットを説明するブロック図である。
ロットを説明するブロック図である。
【図２】オートパイロットにおいて時間経過に伴う加速
度の変化を示すグラフである。
度の変化を示すグラフである。
【図３】この発明の一実施例による飛翔体を説明する断
面図である。
面図である。
【図４】図３中のＡ−Ａ線矢視に基づく断面図である。
【図５】姿勢制御時に飛翔体に働く力を示す説明図であ
る。
る。
Ｆ 飛翔体 ３ 操舵翼（主制御手段） ４ スラスタ １５ 加速度計 １６ 分配器 １７ パルス幅変調指令器
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き 審査官 槻木澤 昌司 (56)参考文献 特開 平６−66500（ＪＰ，Ａ) 特開 平４−316994（ＪＰ，Ａ) 特開 昭51−47800（ＪＰ，Ａ) 実開 平３−46796（ＪＰ，Ｕ) 実開 昭59−160305（ＪＰ，Ｕ) (58)調査した分野(Int.Cl.7，ＤＢ名) G05D 1/08 B64C 15/14
Claims (1)
- 【請求項１】 操舵翼あるいは推力方向制御装置である
主制御手段と、飛翔体の機軸に直交する方向に流体を噴
射するスラスタと、前記機軸に直交する方向の加速度を
検出する加速度計と、前記スラスタを所定の周期で作動
させるためのパルスを発生するパルス幅変調指令器と、
前記加速度計からの信号を主制御手段およびスラスタの
各制御系にフィードバックさせる分配器を備え、スラス
タの制御系は、主制御手段を作動させる指令加速度と主
制御手段の作動により生じた加速度との差からスラスタ
の発生力積の指令値を設定してスラスタを作動させ、主
制御手段の作動により生じた加速度と主制御手段および
スラスタの作動より生じた加速度との差からスラスタの
作動により生じた加速度を求めると共に、先のスラスタ
の発生力積の指令値とスラスタの作動により生じた加速
度の力積とが同一になるように、スラスタの噴射時間を
設定するパルス幅変調指令器のパルス幅を変調させる制
御系であることを特徴とする飛翔体のオートパイロッ
ト。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP24491892A JP3286969B2 (ja) | 1992-09-14 | 1992-09-14 | 飛翔体のオートパイロット |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP24491892A JP3286969B2 (ja) | 1992-09-14 | 1992-09-14 | 飛翔体のオートパイロット |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH0695737A JPH0695737A (ja) | 1994-04-08 |
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1992
- 1992-09-14 JP JP24491892A patent/JP3286969B2/ja not_active Expired - Lifetime
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