半捷联位标器稳定跟踪与弹体姿态一体化控制

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1、航空学报ActaAeronauticaetAstronauticaSinicaDec．252016V01．37No．123752．3763ISSN1000．6893ON11-1929／Vhttp：Hhkxb．buaa．edu．cnhkxb@buaa．edu．cnDOI：10．7527／S1000—6893．2016．0128半捷联位标器稳定跟踪与弹体姿态一体化控制易科1，陈建2一，梁子璇1，任章1，李清东11．北京航空航天大学自动化科学与电气工程学院，北京1000832．中国农业大学工学院，北京100083摘要：半捷联位标器安装在弹体上，由于寄生回路的存在，使得位

2、标器稳定跟踪控制回路和弹体姿态控制回路产生严重耦合，影响了位标器的稳定与跟踪。针对半捷联导引头稳定平台的稳定与跟踪问题，提出了一种半捷联位标器稳定跟踪控制与弹体姿态控制的一体化方法。基于反步控制原理设计了控制律，通过合理选择反馈增益可保证系统的稳定性与动态性能。最后对一体化设计与传统分离设计进行了仿真对比。仿真结果表明：考虑位标器稳定跟踪回路与导弹姿态回路耦合的一体化控制器，不仅能够保证弹体姿态控制系统快速响应，还可以提高位标器的稳定跟踪性能，并降低位标器跟踪不上高速目标的可能性。关键词：半捷联位标器；稳定跟踪；姿态控制；一体化控制；反步控制中图分类号：V448．

3、133文献标识码：A文章编号：1000—6893(2016)12—3752—12为了满足未来空战的需要，精确制导技术逐渐成为武器系统的核心研究方向。导引头作为精确制导的核心部件，主要作用是为了发现并跟踪目标，实现对目标的自动识别，快速捕获和精确跟踪[1。2]。现在的捷联位标器主要分为全捷联和半捷联两种。全捷联位标器与弹体固连，在目标拦截过程中，弹体的角运动和质心运动以及外部载荷(如风、气流等引起的干扰力矩)会通过各种方式耦合到导引头，严重影响导引头光轴的稳定与跟踪[3。5]。在半捷联稳定方式下，伺服框架无需安装惯性测量元件，减小了导引头框架的体积和质量，降低了成本

4、，通过合理设计平台稳定控制回路，能够实现平台的稳定和对目标的精确跟踪[6]。由于该技术的优势，国外军事强国已将其应用在最新型的空空导弹上，如美国的AIM一9X和欧洲的IRST—TE79

5、。导引隔离度是评价导引头性能的一个重要指标，用于表征导引头隔离弹体扰动的能力[1m11]。隔离度不仅影响导引头对制导信息的滤波效果，同时还会在制导控制回路中增加一个闭环寄生回路[12。13]。该寄生回路的相位滞后会使得制导控制回路提前失稳，降低导弹制导控制系统的控制性能‘14

6、。实际上，半捷联导引头的特殊结构使得弹体与半捷联稳定平台框架之间耦合严重。当目标进行大机动或具有较大的横越

7、速度(即目标垂直于视线方向的相对速度)时，导弹需要较大的姿态调整以产生机动来应对目标的相对运动。导弹在调整姿态过程中，如果位标器稳定跟踪控制系统的响应不够及时，可能会导致导引头跟踪不上目标，尤其在制导末端，这种问题变得尤为突出[1⋯。国内外研究人员在半捷联位标器稳定跟踪控收稿日期：2016-01．15；退修日期：2016—02-18；录用日期：2016-04—26；网络出版时间：2016-04-2908：32网络出版地址：www．cnki．net／kcms／detail／111929．V201604290832．002．html基金项目：国家自然科学基金(6133

8、3011)；中航工业创新基金(cxy2012BH01)*通讯作者Tel．；010—82314573E-mail：chenjian@buaaeduCR；jchen@oau．edu．cn弓l搠格武t易科．陈建，粱子璇，等?半捷联位标器稳定跟踪s弹体姿态一体亿控翩[JI．航空学报．2016．37(12)：3752-3763÷YIK．CHENJ，LIANGZX．etalIntegrationcontrolofsemi-strapdowncoordinatorstab

9、etrackingandmissilebedyattitudeEJJActaAoronauticaetAs

10、tronauticaSinica，2016，37(12)：3752-3763．易科，等：半捷联位标器稳定跟踪与弹体姿态一体化控制制方面做了大量的工作。在对半捷联稳定控制系统和弹体姿态控制系统进行设计时，为便于分析考察各分系统的性能，通常将位标器稳定跟踪控制系统、弹体姿态控制系统作为两个独立的部分，割裂开来分别进行研究，采用的是两回路独立设计思想。在这种分离设计思想下，通常都假设半捷联稳定控制系统与弹体姿态控制系统是可解耦的，这样就可以把问题分解为对两个低阶子系统的设计，虽然问题得以简化，但是忽略了系统问耦合的影响。文献E3，16]建立了导引头跟踪框架角误差信号的数

11、学模型，采