导航制导与控制课件摘要.ppt

* 导航制导与控制概论 李惠峰 参考书目： 《现代导弹制导控制系统设计》 航空工业出版社 杨军等编著 课程要求： 考核方式： 第一章 绪论 1.1飞行器控制的基本原理 飞行器控制的目的： 将飞行器引向目标或按给定弹道飞行。 飞行器控制的任务： 通过改变作用在飞行器上的力和力矩，来改变飞行器的速度。（包括大小及方向） 1.1.1 作用在飞行器上的力和力矩 1.1飞行器控制的基本原理 （1）切向和法向控制力 通常情况下，作用于飞行器上的力是发动机推力、空气动力和重力。为控制飞行，需改变发动机推力和空气动力的合力。 过载矢量：控制力与飞行器重力之比 切向控制力：作用在飞行器运动方向上的力。（用来控制飞行速度） 法向控制力：飞行器上垂直于速度矢量的力。（用来改变飞行方向） （2）控制力矩 为获得在大小和方向上所需要的法向力，必须调整飞行器在空间的角位置。 俯仰和偏航力矩可以由空气动力产生（如：空气舵、旋转弹翼和阻流板）或用反作用力产生（如：燃气舵和推力矢量发动机等）。 相对体轴倾斜控制力矩可以用副翼、空气舵、燃气舵、差动旋转弹翼、阻流板和推力矢量发动机产生。 1.1飞行器控制的基本原理 （3）干扰力和干扰力矩 根源： 发动机推力偏心及各种生产误差（飞行器不对称、弹体偏差等）。 风对飞行器的影响。 操纵机构偏转误差造成的干扰力和干扰力矩（设备工作的误差、设备参数、相对额定值的偏离、飞行控制系统元件和线路中引起的各种假信号等等）。 1.1飞行器控制的基本原理 1.1.2反馈在飞行控制中的应用 开环控制系统不适于飞行控制： 操纵机构偏转和弹道参数之间所要求的相互联系，在随机干扰力和力矩作用下，经常是保持不了的。 若对目标的运动情况事先不知道，给出保证完成指定任务的操纵机构偏转程序是不可能的。在飞行器上，存在着干扰力和力矩。 反馈系统的优点： 更加精确的传输控制作用。 良好的干扰抑制性能。 对不可预测环境的适应能力，对系统参数变化具有更低的灵敏度。 1.1飞行器控制的基本原理 1.1.3飞行控制系统组成 稳定系统 维持飞行器所需角位置及角运动。 制导系统 用来给出飞行器质心运动规律，用改变相应法向控制力的方法保证飞行。 速度控制系统 改变切向力以保证飞行速度所需的变化规律。 1.1飞行器控制的基本原理 1.2制导系统功用和组成 制导系统分为导引和控制两大系统： 导引系统 此系统用来测定或探测导弹相对目标或发射点的位置。由导弹、目标位置、运动敏感器（或观测器）及导引指令形成装置等组成。 控制系统 此系统用来响应导引系统的指令信号，产生作用力迫使导弹改变航向，使导弹沿着要求弹道飞行。另一项重要任务是稳定弹道飞行。控制系统由导弹姿态敏感元件、操纵面位置敏感元件、计算机、作用装置和操纵面等组成。 1.3制导系统分类 1.3.1自主制导系统 导弹发射前预先确定了弹道。导弹发射后，敏感元件测量预定参数（如导弹的加速度，导弹的姿态，天体位置，地貌特征等等）。与预定的弹道运动的参数比较后，如有偏差则产生导引指令引导导弹飞行。 因自主制导系统的导弹与目标和指挥站不发生联系，隐蔽性好。一般用于弹道导弹、巡航导弹、某些战术导弹（如地空导弹）的初始飞行段。 1.3.2自动寻的制导系统 利用目标辐射或反射的能量（如电磁波、红外线、激光、可见光等），靠弹上制导设备测量目标和导弹的相对运动参数，按照确定关系直接形成制导指令，导引导弹飞行。如图： 自动寻的制导与自主制导的区别是大炮弹与目标之间有联系，即由导弹观测信道。 此方式可以使导弹攻击高速目标，制导精度高，但是作用距离有限，并且容易受到外界的干扰。 自动寻的制导一般用于空空导弹、地空导弹、空地导弹和某些弹道导弹、巡航导弹的飞行末端，以提高末段制导精度。 1.3.3遥控系统 由导弹以外的指挥站向导弹发出导引信息的制导系统。导引信息可能是制导指令或导弹的位置信息。遥测制导又分为驾束制导和遥测指令制导。 驾束制导：指挥站发出波束（如无线电、激光波束等）指示导弹位置，导弹在波束内飞行。弹上制导设备能感知它偏离波束中心的方向和距离，并产生相应导引指令，操纵导弹飞行目标。如图 遥控指令制导系统中，由指挥站的导引设备同时测量目标、导弹的位置和运动参数。并在指挥站形成指令，该指令送到弹上，弹上控制系统操纵导弹飞向目标。如图： 遥测制导的精度较高，一般应用于空空、空地导弹，有些战术、巡航导弹也用遥控指令修正其航向。 1.3.4复合系统 以上三种制导系统各有优点缺点，当要求较高时，根据目标特性和要完成的任务，可以以不同的方式组合