導(dǎo)航制導(dǎo)與控制課件2第二章和第三章

第二章制導(dǎo)控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)的理論基礎(chǔ)2.1頻率響應(yīng)矯正方法控制系統(tǒng)校正方式可分為串聯(lián)校正、反饋校正、前饋校正、復(fù)合校正。2.1.1串聯(lián)校正常用串聯(lián)校正網(wǎng)絡(luò)：相角超前校正網(wǎng)絡(luò)、相角滯后校正網(wǎng)絡(luò)、滯后——超前校正網(wǎng)絡(luò)傳遞函數(shù)的一般形式為：特點(diǎn)：串聯(lián)校正比反饋校正設(shè)計(jì)簡(jiǎn)單，容易對(duì)信號(hào)進(jìn)行必要的形式轉(zhuǎn)換。無(wú)源串聯(lián)校正裝置通常由RC無(wú)源網(wǎng)絡(luò)構(gòu)成，結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，成本低廉，信號(hào)變換過(guò)程中幅值衰減，需要附加放大器。有源串聯(lián)校正裝置由運(yùn)算放大器和RC網(wǎng)絡(luò)組成，其參數(shù)可以根據(jù)需要調(diào)整。2.1.2反饋校正特點(diǎn)：消弱非線性特性的影響減小系統(tǒng)的時(shí)間常數(shù)降低系統(tǒng)對(duì)參數(shù)變化的敏感性抑制系統(tǒng)噪聲進(jìn)行反饋校正設(shè)計(jì)時(shí)，需要注意內(nèi)賄賂的穩(wěn)定性。2.1.3復(fù)合校正在系統(tǒng)的反饋控制回路中加入前饋通路，組成前饋控制和反饋控制相結(jié)合的系統(tǒng)，只要參數(shù)選得得當(dāng)，不但可以保持系統(tǒng)穩(wěn)定，可極大的減小甚至消除穩(wěn)態(tài)誤差，抑制幾乎所有可測(cè)量擾動(dòng)，包括低頻強(qiáng)擾動(dòng)?？煞譃榘磾_動(dòng)補(bǔ)償和按輸入補(bǔ)償兩種方式。復(fù)合校正的目的：選擇恰當(dāng)?shù)?，使擾動(dòng)經(jīng)過(guò)對(duì)系統(tǒng)輸出產(chǎn)生補(bǔ)償作用，以抵消擾動(dòng)通過(guò)對(duì)輸出的影響。擾動(dòng)作用下，輸出為：誤差為：若選擇前饋補(bǔ)償裝置的傳遞函數(shù)：2—4此時(shí)輸出和擾動(dòng)下的誤差都為零。2-4式為對(duì)擾動(dòng)的誤差全補(bǔ)償條件。按輸入補(bǔ)償?shù)膹?fù)合控制系統(tǒng)如下所示：系統(tǒng)輸出量：誤差表達(dá)式：若選擇前饋補(bǔ)償裝置的傳遞函數(shù)：則有：（2-7）式子（2-7）稱為對(duì)輸入信號(hào)的誤差全補(bǔ)償條件。在工程實(shí)踐中，大多數(shù)采用部分補(bǔ)償條件，或在對(duì)系統(tǒng)性能其主要影響的頻段內(nèi)實(shí)現(xiàn)近似全補(bǔ)償，使形式簡(jiǎn)單易于物理實(shí)現(xiàn)。2.2PID控制控制界廣泛采用的一種控制器就是PID控制，也稱三項(xiàng)控制器。其傳遞函數(shù)為：其時(shí)域輸出方程為：控制器傳遞函數(shù)的微分項(xiàng)多為：幾種常用的PID參數(shù)確定方法：臨界比例度法響應(yīng)曲線法PID歸一參數(shù)的整定法根軌跡法ITAE設(shè)計(jì)法2.4極點(diǎn)配置2.4.1極點(diǎn)可配置條件定理：設(shè)受控系統(tǒng)狀態(tài)方程為：要通過(guò)狀態(tài)反饋的方法，使閉環(huán)系統(tǒng)的極點(diǎn)位于理想位置上，其充分必要條件是系統(tǒng)狀態(tài)方程完全能控。2.4.2極點(diǎn)配置算法（1）狀態(tài)方程空間極點(diǎn)配置給定受控系統(tǒng)和一組期望的閉環(huán)特征值，要確定反饋增益矩陣k，使成立（2）傳遞函數(shù)陣的極點(diǎn)配置以二屆系統(tǒng)為例，給定受控系統(tǒng)傳遞函數(shù)矩陣：以及系統(tǒng)理想指標(biāo)，確定反饋增益陣k，使系統(tǒng)滿足用理想性能指標(biāo)。第三章導(dǎo)彈的基本特性3.1導(dǎo)彈的基本要求3.1.1導(dǎo)彈的速度特性導(dǎo)彈平均飛行速度導(dǎo)彈達(dá)到遭遇點(diǎn)的平均速度：導(dǎo)彈沿著確定彈道飛行，其可用過(guò)載取決于導(dǎo)彈速度和大氣密度，導(dǎo)彈可用過(guò)載隨速度增大而增大，為保證導(dǎo)彈可用過(guò)載，要求有較高的平均速度。導(dǎo)彈加速性

受導(dǎo)彈最小殺傷距離的限制，要提早進(jìn)行制導(dǎo)控制。若導(dǎo)彈很快加速到一定速度，導(dǎo)彈舵面的操縱效率盡快滿足控制要求，就可提前進(jìn)行制導(dǎo)控制。引入推力矢量控制，導(dǎo)彈在低速段也有較好的操縱性，加速性要求可適當(dāng)放寬。導(dǎo)彈遭遇點(diǎn)速度導(dǎo)彈須用過(guò)載與導(dǎo)彈與目標(biāo)的速度比有關(guān)，速度比越小，導(dǎo)彈的須用過(guò)載越大，一般要求遭遇點(diǎn)速度比大于1.33.1.2導(dǎo)彈最大可用過(guò)載決定導(dǎo)彈須用過(guò)載的因素目標(biāo)運(yùn)動(dòng)特性：取決于目標(biāo)最大機(jī)動(dòng)過(guò)載，與指導(dǎo)方法有關(guān)。目標(biāo)信號(hào)起伏的影響：目標(biāo)真實(shí)運(yùn)動(dòng)引起，增大導(dǎo)彈須用過(guò)載的要求。氣動(dòng)力干擾：由大氣湍流、陣風(fēng)引起，導(dǎo)彈的制導(dǎo)誤差、導(dǎo)彈飛行姿態(tài)的不對(duì)稱變化也可產(chǎn)生氣動(dòng)力干擾，造成目標(biāo)偏離運(yùn)動(dòng)。系統(tǒng)零位影響：系統(tǒng)零位誤差引起導(dǎo)彈偏離運(yùn)動(dòng)。熱噪聲的影響：制導(dǎo)控制系統(tǒng)中大量的電子設(shè)備會(huì)產(chǎn)生熱噪聲，其引起的信號(hào)起伏會(huì)造成測(cè)量偏差，與目標(biāo)信號(hào)起伏的影響是相同的，兩者頻譜不同。初始散布影響：導(dǎo)彈發(fā)射后經(jīng)過(guò)預(yù)定的時(shí)間，如助推器拋掉或?qū)б^截獲目標(biāo)后，才能進(jìn)行進(jìn)入制導(dǎo)控制飛行。進(jìn)入制導(dǎo)控制飛行的瞬間，導(dǎo)彈的速度矢量方向與要求的速度矢量方向存在偏差，稱為初始散布角。最大可用過(guò)載的確定3.1.3導(dǎo)彈的阻尼

一般情況下，戰(zhàn)術(shù)導(dǎo)彈的過(guò)載和迎角的超調(diào)量不應(yīng)超過(guò)某些允許值，這些允許值取決于飛行器的強(qiáng)度、空氣動(dòng)力特性的線性化以及控制裝置的工作能力。允許的超調(diào)量通常不超過(guò)30%，與飛行器相對(duì)阻尼系數(shù)相對(duì)應(yīng)。無(wú)人駕駛飛機(jī)通常不能保證相對(duì)阻尼系數(shù)有這樣高的數(shù)值。很多導(dǎo)彈的低阻尼特性是由于導(dǎo)彈的小尾翼，有時(shí)其展長(zhǎng)也很小，常常在很高的高空飛行也決定這一特性。當(dāng)高空飛行時(shí)，增加展長(zhǎng)和翼面來(lái)增加空氣動(dòng)力阻尼是不可能的?？衫蔑w行器包含的角度反饋或者角速度角加速度反饋的方法來(lái)保證。此種方法的優(yōu)越性：由于尾翼的減少，導(dǎo)致飛行其質(zhì)量的減輕、正面阻力減小以及飛行器結(jié)構(gòu)上載荷的減少。

3.1.4導(dǎo)彈的靜穩(wěn)定度為簡(jiǎn)化飛行器控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)，要求迎角在飛行范圍內(nèi)關(guān)系曲線是線性的。這要有正確的氣動(dòng)布局來(lái)達(dá)到，尤其要有足夠的靜穩(wěn)定性來(lái)達(dá)到。導(dǎo)彈的質(zhì)心隨著推進(jìn)劑的消耗而向前移動(dòng)，飛行過(guò)程中，導(dǎo)彈會(huì)變得更穩(wěn)定。導(dǎo)彈靜穩(wěn)定度的增加會(huì)使控制變得遲鈍。為有效控制導(dǎo)彈，提高導(dǎo)彈性能，可由導(dǎo)彈靜穩(wěn)定狀態(tài)擴(kuò)展到靜不穩(wěn)定狀態(tài)。為保證正常工作，可采用包含有俯仰角（偏航角）或法向過(guò)載反饋的方法來(lái)實(shí)現(xiàn)導(dǎo)彈的穩(wěn)定。彈道式導(dǎo)彈姿態(tài)穩(wěn)定系統(tǒng)設(shè)計(jì)中，沒(méi)有尾翼或尾翼面積過(guò)小通常是靜不穩(wěn)定的。高性能空空導(dǎo)彈和地空導(dǎo)彈為保證其末端機(jī)動(dòng)性，也采用了放寬靜穩(wěn)定度的策略。3.1.5導(dǎo)彈的固有頻率飛行器、控制系統(tǒng)、制導(dǎo)系統(tǒng)間相互關(guān)系：制導(dǎo)系統(tǒng)應(yīng)對(duì)控制信號(hào)（目標(biāo)運(yùn)動(dòng)）有足夠的精確的反應(yīng)，并且能抑制隨機(jī)信號(hào)干擾。所以制導(dǎo)系統(tǒng)的截止頻率應(yīng)根據(jù)控制信號(hào)的幅值頻譜的寬度評(píng)價(jià)?？刂葡到y(tǒng)具有較小截止頻率的時(shí)候，控制系統(tǒng)會(huì)將大幅相畸變代入制導(dǎo)過(guò)程。所以將兩者分開。將控制系統(tǒng)看作是振蕩環(huán)節(jié)，

在稀薄大氣或以外飛行時(shí)，飛行器固有頻率等于零。保證