导航制导与控制课件1

1、导航制导与控制概论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：课程要求：考核方式考核方式：第一章第一章 绪论绪论1.1飞行器控制的基本原理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

2、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）/nN G（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

3、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飞行器控制的基本原理1.1.3飞行控制系统组成稳

4、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I. 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

5、用装置和操纵面等组成。1.3制导系统分类制导系统分类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

6、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

7、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起来，以长去短，提高系统性能。例如：导弹飞行初段用自主制导，将其导引到要求的区域。中段用遥控指令制导，精确地将导弹引导目标附近。末段用自动寻的制导。以此提高系统作用距离，提高了制导精度。1.4飞行控制系统的设计方法飞行控制系统的研究和设计方法预先研究和草图设计阶段：利用早期飞行器模型的试验数据，采用理论研究方法（解析法和计算机仿真技术）完成系统初步设计工作。技术设计阶段：以实物模型的试验研究为基础，在控制系统的半实物仿真系统上完善控制系统的设计。 飞行器飞行试验阶段：全面考核控制系统的实际性能，并对获得的试验数据进行理论分析，为改进控制系统的设计提供参考数据。1.5对控制系统的要求制导精度对目标的分辨