針對(duì)固定翼雙旋彈修正組件滾轉(zhuǎn)通道存在的輸入擾動(dòng)和模型不確定性問題,設(shè)計(jì)一種基于H_∞回路整形的兩自由度滾轉(zhuǎn)通道控制方法.通過對(duì)修正組件電氣系統(tǒng)和機(jī)械系統(tǒng)的建模,得到執(zhí)行機(jī)構(gòu)電磁控制力矩的計(jì)算方法,利用理論分析及實(shí)驗(yàn)測(cè)試,研究了修正組件氣動(dòng)力矩和滾轉(zhuǎn)阻尼力矩的建模方法,從而得到滾轉(zhuǎn)通道控制模型,并設(shè)計(jì)基于H_∞回路整形的兩自由度滾轉(zhuǎn)通道控制器實(shí)現(xiàn)滾轉(zhuǎn)角度控制.半實(shí)物仿真實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明,通過對(duì)修正組件電氣系統(tǒng)和機(jī)械系統(tǒng)分析建立滾轉(zhuǎn)通道控制模型的方法可行,設(shè)計(jì)的滾轉(zhuǎn)通道控制器能夠?qū)崿F(xiàn)精確的滾轉(zhuǎn)角控制. 

【文章來源】：北京理工大學(xué)學(xué)報(bào). 2020,40(04)北大核心EICSCD

【文章頁數(shù)】：10 頁

【部分圖文】：

前體滾轉(zhuǎn)角控制方案框圖

圖2 前體滾轉(zhuǎn)角控制方案框圖如前所述,前體滾轉(zhuǎn)角控制通過對(duì)電磁力矩的控制實(shí)現(xiàn). 前體滾轉(zhuǎn)力矩示意圖如圖 4所示. 前體受到的力矩有:控制電磁力矩Te,由修正機(jī)構(gòu)內(nèi)電機(jī)產(chǎn)生;反向氣動(dòng)力矩Ta,由固定差動(dòng)舵產(chǎn)生;因滾轉(zhuǎn)產(chǎn)生的氣動(dòng)阻尼力矩b1pF,其中pF為前體轉(zhuǎn)速,b1為氣動(dòng)阻尼力矩系數(shù);前體滾轉(zhuǎn)阻尼力矩Tf,為前后體間的滾轉(zhuǎn)阻尼力矩. 轉(zhuǎn)速和各力矩正方向如圖 4所示,其中?F為定義的前體滾轉(zhuǎn)角,yFP和zFP為固連平面坐標(biāo)系[4]的坐標(biāo)軸. 下面將通過對(duì)雙旋彈修正機(jī)構(gòu)的動(dòng)力學(xué)特性分析得到前體滾轉(zhuǎn)通道的動(dòng)力學(xué)模型.

相比于常規(guī)鴨舵布局雙旋彈,為了降低成本和簡(jiǎn)化結(jié)構(gòu),固定翼雙旋彈采用了固定角度舵片. 如圖 1所示,雙旋彈分為前體和后體兩個(gè)部分,前體為帶有兩對(duì)固定鴨舵的低速旋轉(zhuǎn)部分,也即修正組件部分,后體為彈體的主體部分. 舵片1和舵片3構(gòu)成一對(duì)差動(dòng)舵,可以為前體提供減旋力矩;舵片2和舵片4構(gòu)成一對(duì)控制舵,用于產(chǎn)生控制力和控制力矩. 當(dāng)不需要進(jìn)行彈道修正時(shí),前體在差動(dòng)舵的作用下相對(duì)于后體反向低速自由旋轉(zhuǎn),對(duì)彈道修正的平均作用近似為0;當(dāng)需要對(duì)彈道進(jìn)行修正時(shí),前體在軸向電機(jī)的作用下按照修正指令對(duì)滾轉(zhuǎn)角進(jìn)行控制.前體滾轉(zhuǎn)角控制方案如圖 2所示. 彈上GPS,慣性測(cè)量單元(IMU)和地磁傳感器將彈丸的位置、速度、加速度和姿態(tài)信息等提供給彈載計(jì)算機(jī),彈載計(jì)算機(jī)根據(jù)修正控制算法計(jì)算出彈道修正需要的前體滾轉(zhuǎn)角指令,將其解算為指令序列發(fā)送給修正機(jī)構(gòu)控制板. 用于測(cè)量前后體間相對(duì)角度的霍爾傳感器也不斷將角度反饋序列發(fā)送給修正機(jī)構(gòu)控制板. 修正機(jī)構(gòu)控制板中的嵌入式計(jì)算機(jī)根據(jù)指令序列和反饋序列,由前體滾轉(zhuǎn)角控制策略得出滾轉(zhuǎn)角控制需用的控制電磁力矩大小,并將該力矩大小解算為輸出給MOS管控制PWM信號(hào)的占空比,來控制電機(jī)產(chǎn)生相應(yīng)大小的電磁力矩實(shí)現(xiàn)滾轉(zhuǎn)角控制. 電磁力矩的產(chǎn)生機(jī)理和過程如圖 3所示. 圖中線圈繞組對(duì)應(yīng)圖 2中的永磁同步電機(jī),D1～D6為二極管,RL為功率電阻,Q1為MOS管. 永磁同步電機(jī)工作在發(fā)電機(jī)狀態(tài),利用雙旋彈前后體間極高相對(duì)轉(zhuǎn)速產(chǎn)生電能. 三相整流橋?qū)㈦姍C(jī)輸出的三相交流電整流成直流電,當(dāng)PWM信號(hào)為低電平時(shí),直流通路截止,整個(gè)回路中沒有電流產(chǎn)生,電機(jī)不產(chǎn)生電磁力矩;當(dāng)PWM信號(hào)為高電平時(shí),直流通路導(dǎo)通,回路中有電流流通,電機(jī)將產(chǎn)生最大的制動(dòng)電磁力矩. 所以通過調(diào)節(jié)PWM信號(hào)的占空比,能夠使電機(jī)近似輸出在零到最大的制動(dòng)電磁力矩之間的任意電磁力矩,來實(shí)現(xiàn)前體滾轉(zhuǎn)角控制.

【參考文獻(xiàn)】：
期刊論文
[1]雙旋彈丸彈道修正組件控制響應(yīng)模型研究[J]. 殷婷婷,賈方秀,于紀(jì)言,王曉鳴.  北京理工大學(xué)學(xué)報(bào). 2018(02)
[2]隔轉(zhuǎn)鴨舵式彈道修正彈雙旋通道參數(shù)辨識(shí)[J]. 程杰,王曉鳴,于紀(jì)言,賈方秀.  兵工學(xué)報(bào). 2016(10)
[3]美國(guó)精確制導(dǎo)組件技術(shù)發(fā)展現(xiàn)狀分析[J]. 曹紅錦.  四川兵工學(xué)報(bào). 2015(09)
[4]固定翼雙旋彈動(dòng)力學(xué)分岔特性分析[J]. 許諾,于劍橋,王亞飛.  航空學(xué)報(bào). 2015(12)
[5]固定翼雙旋彈動(dòng)力學(xué)特性分析[J]. 許諾,于劍橋,王亞飛,王林林.  兵工學(xué)報(bào). 2015(04)
[6]隔轉(zhuǎn)鴨舵式彈道修正彈電磁執(zhí)行機(jī)構(gòu)工況研究[J]. 程杰,于紀(jì)言,王曉鳴,姚文進(jìn).  兵工學(xué)報(bào). 2014(12)



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