基于牵连补偿算法的喷管摆动控制系统设计

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1、固体火箭技术第３９卷第６期ＪｏｕｒｎａｌｏｆＳｏｌｉｄＲｏｃｋｅｔＴｅｃｈｎｏｌｏｇｙＶｏｌ．３９Ｎｏ．６２０１６基于牵连补偿算法的喷管摆动控制系统设计①１，２１３２１４赵亮，李信元，郝俸，张科，夏云峰，赵建辉（１．中国航天科技集团公司四院四十一所，西安７１００２５；２．西北工业大学，西安７１００７２；３．中国航天科技集团公司四院４０１所，西安７１００２５；４．空军西安飞行学院，西安７１０３０６）摘要：为了消除驱动喷管摆动的２个作动器间的牵连效应，确保控制指令精确，利用旋转矩阵原理，计算喷管摆动时２路作动器的伸长量，进一步设计出用于前摆心深潜入式喷管的摆动控制系统。试验

2、结果显示，４°单摆时牵连摆角占最大摆角比值较大（７．１５％），补偿计算后最大牵连摆角仅为０．００２°，从而验证了该方法能通过消除牵连效应提高全轴摆动喷管的控制精度。关键词：牵连补偿；摆动喷管；控制系统中图分类号：Ｖ４３５文献标识码：Ａ文章编号：１００６⁃２７９３（２０１６）０６⁃０７５５⁃０４ＤＯＩ：１０．７６７３／ｊ．ｉｓｓｎ．１００６⁃２７９３．２０１６．０６．００４Ｄｅｓｉｇｎｏｆｃｏｎｔｒｏｌｓｙｓｔｅｍｆｏｒｍｏｖａｂｌｅｎｏｚｚｌｅｂａｓｅｄｏｎｃｏｕｐｌｅｄｃｏｍｐｅｎｓａｔｉｏｎａｌｇｏｒｉｔｈｍ１，２１３２１４ＺＨＡＯＬｉａｎｇ，ＬＩＸｉｎ⁃ｙｕａｎ，

3、ＨＡＯＦｅｎｇ，ＺＨＡＮＧＫｅ，ＸＩＡＹｕｎ⁃ｆｅｎｇ，ＺＨＡＯＪｉａｎ⁃ｈｕｉ（１．Ｔｈｅ４１ｓｔＩｎｓｔｉｔｕｔｅｏｆ４ｔｈＡｃａｄｅｍｙｏｆＡｅｒｏｓｐａｃｅＳｃｉｅｎｃｅａｎｄＴｅｃｈｎｏｌｏｇｙＣｏｒｐｏｒａｔｉｏｎ，Ｘｉ’ａｎ７１００２５，Ｃｈｉｎａ；２．ＮｏｒｔｈｗｅｓｔｅｒｎＰｏｌｙｔｅｃｈｎｉｃａｌＵｎｉｖｅｒｓｉｔｙ，Ｘｉ’ａｎ７１００７２，Ｃｈｉｎａ；３．Ｔｈｅ４０１ｓｔＩｎｓｔｉｔｕｔｅｏｆ４ｔｈＡｃａｄｅｍｙｏｆＡｅｒｏｓｐａｃｅＳｃｉｅｎｃｅａｎｄＴｅｃｈｎｏｌｏｇｙＣｏｒｐｏｒａｔｉｏｎ，Ｘｉ’ａｎ７１００２５，Ｃｈｉｎａ；４．ＰＬＡＡｉｒ

4、ＦｏｒｃｅＸｉ’ａｎＦｌｉｇｈｔＡｃａｄｅｍｙ，Ｘｉ’ａｎ７１０３０６，Ｃｈｉｎａ）Ａｂｓｔｒａｃｔ：Ｉｎｏｒｄｅｒｔｏｅｌｉｍｉｎａｔｅｔｈｅｃｏｕｐｌｉｎｇｅｆｆｅｃｔｓｂｅｔｗｅｅｎｔｗｏａｃｔｕａｔｏｒｓｄｒｉｖｉｎｇｔｈｅｎｏｚｚｌｅｓｗｉｎｇｓ，ａｓｗｅｌｌａｓｔｏｅｎｓｕｒｅｔｈｅｐｒｅｃｉｓｉｏｎｏｆｃｏｎｔｒｏｌｃｏｍｍａｎｄ，ｔｈｅｅｌｏｎｇａｔｉｏｎｏｆｔｈｅｔｗｏａｃｔｕａｔｏｒｓｗａｓｃａｌｃｕｌａｔｅｄｗｈｅｎｔｈｅｎｏｚｚｌｅｓｗｕｎｇｂａｓｅｄｏｎｔｈｅｐｒｉｎｃｉｐｌｅｏｆｒｏ⁃ｔａｔｉｏｎｍａｔｒｉｘ．Ｆｕｒｔｈｅｒｔｈｅｓｗｉｎｇｃ

5、ｏｎｔｒｏｌｓｙｓｔｅｍｆｏｒｄｅｅｐｌｙｓｕｂｍｅｒｇｅｄｎｏｚｚｌｅｗｉｔｈｆｒｏｎｔｐｉｖｏｔｐｏｉｎｔｗａｓｄｅｓｉｇｎｅｄ．Ｔｈｅｅｘｐｅｒｉｍｅｎｔｒｅ⁃ｓｕｌｔｓｓｈｏｗｗｈｅｎａｎｇｌｅｏｆｏｎｅ⁃ｗａｙｓｗｉｎｇｒｅａｃｈｅｓ４ｄｅｇｒｅｅｓ，ｔｈｅｌａｒｇｅｒａｔｉｏ（７．１５％）ｂｅｔｗｅｅｎｔｈｅｃｏｕｐｌｅｄａｎｇｌｅａｎｄｍａｘｉｍｕｍｓｗｉｎｇａｎｇｌｅｅｘｉｓｔｓ，ｔｈｅｍａｘｉｍｕｍｃｏｕｐｌｅｄａｎｇｌｅｉｓ０．００２ｄｅｇｒｅｅｓｏｎｌｙｕｓｉｎｇｃｏｍｐｅｎｓａｔｉｏｎｃａｌｃｕｌａｔｉｏｎ，ａｎｄｔｈｅｃｏｎｔｒｏｌｐｒｅｃｉｓ

6、ｉｏｎｏｆｔｈｅｏｍｎｉ⁃ａｘｉａｌｍｏｖａｂｌｅｎｏｚｚｌｅｔｈｒｏｕｇｈｅｌｉｍｉｎａｔｉｎｇｔｈｅｃｏｕｐｌｉｎｇｅｆｆｅｃｔｓｃａｎｂｅｉｍｐｒｏｖｅｄｇｒｅａｔｌｙｂｙｔｈｅｍｅｔｈｏｄｐｒｏｐｏｓｅｄｉｎｔｈｉｓｐａｐｅｒ．Ｋｅｙｗｏｒｄｓ：ｃｏｕｐｌｅｄｃｏｍｐｅｎｓａｔｉｏｎ；ｍｏｖａｂｌｅｎｏｚｚｌｅ；ｃｏｎｔｒｏｌｓｙｓｔｅｍ０引言器运动时，另一个方向作动器由于存在机械限制，使喷推力向量控制技术是通过改变火箭发动机或其他管除了主要向摆动作动器活塞杆方向运动之外，也将［４－５］动力装置产生的燃气流方向来控制导弹的飞行方向和在另一个作动器方向产生移动，这

7、就是牵连效应。［１］伺服机构的控制方案分为理想状态和非理想状态，理姿态角。固体火箭飞行姿态是由伺服控制系统控制［２－３］喷管的摆动而改变火箭推力方向达到的。对于大想状态是２路作动器不发生牵连，每路作动器伸缩时机动、高速战术导弹常采用的前摆心深潜入结构形式正负摆角对称，否则为非理想状态，对于战略导弹常采的全轴摆动喷管，研究喷管摆动的控制对推力向量控用的后摆心结构形式的喷管，作动器的牵连作用影响［６］制的精度尤为重要。作用比较小，一般情况下可忽略。而对于某战术型全轴摆动喷管实现摆动的驱动装置是２路互成号上采用的前摆心深潜入式的喷管，由于喷管尺