一种基于耦合通道的角速度稳定控制方法

一种基于耦合通道的角速度稳定控制方法

杨光鑫

贵州贵阳 江南机电设计研究所 550000

摘要：在拦截器的角速度稳定控制回路设计中，使用拦截器三通道中相应通道下执行机构即可实现该通道下的角速度稳定控制，但当该通道下的执行机构失效时，势必会造成该通道角速度失控发散。文章采用基于耦合通道的角速度稳定控制方法，运用通道运动耦合效应，设计角速度稳定控制回路，使得一通道执行机构失效，其他通道还能稳定控制该通道下角速度，最后，通过仿真验证该方法的有效性。

关键词：稳定控制 机构失效 耦合通道

1 引言

为完成拦截器空间运动控制，可通过控制拦截器俯仰、偏航及滚转通道实现。控制方式上可分为单通道控制、双通道控制及三通道控制，为更具一般性，本文讨论三通道控制方式。

在三通道控制方式下，拦截器通过三个通道的执行机构使拦截器受控运动。考虑执行机构可靠性或工程局限性，工作中三个控制通道中如果其中一个执行机构失效或拦截器只有两个通道执行机构，则该通道无法正常提供操纵力矩，常规控制方式下(一控制通道需对应一执行机构)，该通道运动将不受控。

采用基于耦合通道的稳定控制方法，利用三通道运动耦合效应，设计稳定控制回路，使得一通道执行机构失效，其它通道还能稳定控制该通道下的运动，文章以稳定控制拦截器运动中角速度为例，完成控制模型建立、控制器设计，最后通过数字仿真验证该方法的可行性和有效性。

2 拦截器质心滚转运动建模

现假定拦截器x,z向通道正常受控，y向通道执行机构失效，通过x向通道执行机构控制y向通道角速度，则弹体角速度动力学模型可表示为：

（1）

式中， 为拦截器转动惯量； 为拦截器角速度； 为拦截器操纵力矩。

考虑拦截器为轴对称结构， 与 相差不大，且 ，上式可简化成：

（2）

定义 ， ，并进行Laplace变换，得到：

（3）

3 基于耦合通道的角速度稳定控制器设计

根据拦截器滚转运动模型，采用双环角速度稳定控制回路结构，如下图所示：

1. 双环角速度稳定控制回路机构图

至 的闭环传递函数为：

（4）

因此，通过极点配置，控制器参数可确定为：

（5）

式中， 为二阶系统特征参数。

4 仿真结果分析

为验证设计的可行性和有效性，通过合理选择控制参数，进行稳定控制系统定点仿真，得到图2~图5所示的仿真结果。

2. 执行机构偏角曲线

3. 稳定性能曲线

4. 执行机构偏角曲线

5. 控制性能曲线

由图2~图5可知，在一定 初始扰动下，x向通道执行机构可实现y向通道的的角速度稳定，使其快速收敛；y向角速度阶跃输入下，阶跃响应性能良好，快速收敛至期望值。以上仿真结果检验了本文提出的基于耦合通道的角速度稳定控制方法的可行性及有效性。

参考文献

[1] 程云龙．防空导弹自动驾驶仪设计[M]．北京：中国宇航出版社，1993．

[2] 钱杏芳，林瑞雄，赵亚男．导弹飞行力学[M]．北京：北京理工大学出版社，2015.4.

[3] 胡寿松．自动控制原理[M]．北京：科学出版社，2013.3.

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