导引控制技术的应用与发展

2023-06-15 历史故事版权反馈

【摘要】：旋转稳定智能榴弹的导引控制技术需要在研究弹道特性的基础上, 设计适当的导引控制算法。导引控制算法是指弹丸飞行过程中应遵循的规律, 其选取不仅直接影响制导控制系统的设计, 还决定了弹丸精确命中目标的难易程度, 因而, 选取合适的导引控制算法是智能榴弹研发过程中的重要技术环节。2) 预测控制预测控制是20 世纪中后期从过程控制领域引入的一种计算机控制方法。

旋转稳定智能榴弹的导引控制技术需要在研究弹道特性的基础上, 设计适当的导引控制算法。与尾翼稳定弹不同, 旋转稳定弹在有控状态下, 由于陀螺效应弹轴将运动到控制角的反方向右侧, 即获得与控制角方向相反的动力平衡角和垂直该平面向右的动力平衡角, 并获得相应的弹道修正量。在设计导引控制算法时, 必须考虑旋转稳定弹的这项弹道特性。

导引控制算法是指弹丸飞行过程中应遵循的规律, 其选取不仅直接影响制导控制系统的设计, 还决定了弹丸精确命中目标的难易程度, 因而, 选取合适的导引控制算法是智能榴弹研发过程中的重要技术环节。当前, 应用于旋转稳定榴弹的修正控制算法可分为方案控制算法和导引控制算法。

1.方案控制算法

方案控制算法可分为弹道成形 (Trajectory shaping)、弹道跟踪 (Trajectory tracking)、预测控制(Predictive control) 三种, 而适用于修正能力有限的弹道修正弹丸的修正控制算法仅有后两种。

1) 弹道跟踪

弹道跟踪是指通过修正控制使弹丸的飞行轨迹跟随射前装定的基准弹道,从而实现对目标的精确命中。在弹道跟踪过程中, 采用弹道探测装置测量弹丸的位置信息并将其与基准弹道比较, 基于弹丸位置与基准弹道的偏差生成控制指令, 通过作动器动作使弹丸飞行轨迹跟踪基准弹道。该方法的缺点在于修正控制过程中未考虑弹丸的速度信息, 造成有控弹道对基准弹道的不断穿越, 导致修正控制总能量的大量消耗。

2) 预测控制

预测控制是20 世纪中后期从过程控制领域引入的一种计算机控制方法。预测控制是指依据弹丸的当前状态利用所建立的数学模型对弹丸下一控制时刻或弹丸落点的状态信息进行预测, 与标准状态比较后根据偏差生成修正控制指令进行弹道修正。该方法能充分发挥弹丸修正能力, 且所需消耗的能量较少。

2.导引控制算法

导引控制算法主要包括比例导引等。比例导引是末制导中的常用方法, 通过控制使导弹的速度矢量的旋转角速度正比于弹目连线的旋转角速度, 具有对落点直接闭合的特点。经过几十年的发展, 比例导引已与实际的工程背景相结合实现了长足的发展, 然而所提出的比例导引算法大都需要提供较大的修正能力才能满足算法的需要, 因而应用于导弹的滑模变结构比例导引、有限时间收敛的比例导引等方法并不适用于修正能力较小的旋转稳定弹丸。在工程应用中发现, 变系数的比例导引可应用在安装固定鸭舵式二维弹道修正引信的某型迫击炮弹上, CEP 小于5 m。该方法优点在于有效分配了制导过程中的需用过载, 且算法简单、易于实现, 因而, 该方法可被二维弹道修正榴弹的制导控制借鉴。

综上分析可知, 弹道跟踪、预测控制和比例导引方法各有优缺点, 如何选取适用于二维弹道修正引信的运算量小、精度高的修正控制算法是需要研究的重要问题。

导引控制技术的应用与发展

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