制导飞行舵机控制体系软件设计

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1、制导飞行舵机控制体系软件设计1绪论1.1课题背景与意义近年来，随着高新科技的发展，尤其是神舟系列载人飞船的成功，使我国的航空航天技术达到了一个全新的阶段。如今世界各国都在争先发展自己的航空航天技术，尤其是把火箭和导弹技术等飞行武器作为国防高新科技发展的重点，这是因为从二战后至今的战争逐渐由地面战争转变为空中战争，从近十几年发生的战争可以看出，夺取制空权对最终战争取得胜利的重要性。飞行武器在战争中的关键作用在于能否精准击中所要攻击的目标，这就要求飞行武器上具有最先进的控制技术。随着制导技术的发展和应用，把制导系统内置于飞行武器内使得飞行武器击中目标的精准性得到了

2、非常大的提高。所谓制导系统的基本任务就是通过确定飞行器与目标的相对位置，并按照一定的准确度操纵飞行器正确飞行，引导飞行器沿预定的弹道飞行最终实现命中目标⑴。然而航机作为飞行武器的制导系统的执行机构，是飞行器的整个控制系统不可或缺的一个重要组成部分。正是由于蛇机的存在，在制导与控制系统的作用下，通过蛇机的调整与控制使得飞行武器能够自主改变自身的飞行轨迹，从而实现按要求飞行而精准击中目标。因此，当今世界各国家都在努力的研究更加先进的制导技术和性能更加优越的舵机。随着现代战争对导弹击中目标的精准度的提高，制导技术要求也越来越高，进而蛇机作为制导技术的执行机构的选择也

3、越来越重要，然而传统的火箭和导弹往往采用气压伺服系统或者是液压伺服系统，但技术难度大、成本高、结构复杂、加工精度高、质量大等缺点却是无法消除的[2]。因此人们为了追求整体性能更好的蛇机控制系统，包括舵机的体积、造价、重量、能量消耗、可靠性等，同时随着大功率驱动电路技术、先进的控制理论技术和稀土永磁材料的飞速发展，新型永磁同步电机也越来越被人关注，如今已经有了突破性的发展，无刷直流电动航机的研究、开发以及出现也成为可能。最近几十年来，研究人员为了提高制导式飞行武器的性能，从原来研究出的线性控制算法不断的改进到如今的非线性控制的非线性控制算法的实现成为可能，这样对

4、制导式飞行武器的发展和改进以及舵机控制系统对飞行武器的精准控制都具有长远的意义[3]。在这样一个背景下，本课题研究的意义就是为了克服传统导弹采用气压舵机或者是液压蛇机时的缺点以及给导弹控制系统带来的局限性，同时为了使导弹控制系统具有更大的可靠性和稳定性，本课题提出采用稀土永磁无刷直流电动舵机代替传统的液压舵机和气压舵机，稀土永磁无刷直流电动舵机伺服系统将从根本上消除有模拟伺服控制系统存在控制线路体积大、限制新的控制方法使用、电路参数变化对控制系统影响大、可靠性差以及结构不易更改等缺点⑷；同时本系统采用高性能的数字信号处理器作为航机控制系统的核心控制器，以替代传

5、统的模拟飞行控制器，把制导式飞行武器在执行任务过程中采集到的信号使用几乎无损耗的数字信号处理技术进行处理和运算，使蛇机控制系统的信号处理精度更高，速度更快，进而使舵机的调整速度更快更准确，从而使我国的制导技术和舵机控制系统的数字化有了更进一步的发展。本课题的研究内容有助于保障国家和人民群众的生命财产安全，促进我国的国防现代化建设和提高我国在国际社会中的地位[5]。1.2国内外研究现状自第二次世界大战中德国率先使用导弹以来，航空制导武器经过了六十多年的发展，导弹等飞行武器得到了迅速的发展，并且在现代战争中的重要性已越发突出，从近二十年来世界发生的战争来看，海湾战

6、争、阿富汗战争、伊拉克战争，尤其是利比亚战争，制空权在现代战争中的重要性显而易见，它己经成为决定战争胜负的关键因素，制空权的夺取在于空军武器装备的优劣，因此世界各国都在争先发展制导飞行武器。随着技术的不断进步，现代战争模式的转变，从而使先进的空中飞行武器不断的被研制。二战以后，世界各国都纷纷加入研制空中飞行武器的行列，其中，以美国和俄罗斯为首的两大国家是目前研制和发射飞行器型号和种类最多的国家，他们的飞行器技术代表了世界上最先进的水平，制导技术一直是世界上最为先进的。由此可见，制导飞行武器在国防发展方面占有重要地位。近几十年来，我国的飞行器技术也有了前所未有的

7、进步，例如火箭技术、导弹制导技术、飞船技术等等已经迈进了世界的先进水平行列，神州系列飞船的发射成功就是一个很好的证明。然而飞行武器的性能是否良好，能否按照要求精准的击中目标，其决定因素在于其自己内置的伺服系统。从近几十年飞行武器发展的情况来看，绝大多数的火箭和导弹都是采用液态伺服系统或者气压伺服系统，主要因为这些类型的伺服系统具有良好的动态特性和结构特性，比如液压舵机，它具有功率增益大、转动惯量小、输出力矩大、运动平稳、快速性好、结构紧凑、重量轻、体积小、控制功率小和承受负载大等优点，目前在火箭和导弹等飞行器的控制系统中已经得到了广泛应用[6]。2飞行器气动参

8、数仿真研究空气动力学的一个重要手段是计