弹道、运载控制(-30)

1、课程简介课程简介- 本课程主要讲授本课程主要讲授: : 1. 1.弹弹/ /箭箭GNCGNC各部分的基本概念；各部分的基本概念； 2.2.弹弹/ /箭的基本飞行动力学原理箭的基本飞行动力学原理( (运动方运动方 程、航程及落点计算）；程、航程及落点计算）； 3.3.弹弹/ /箭的导航原理及工程实现方法（惯箭的导航原理及工程实现方法（惯 性导航、天文导航及复合导航方法性导航、天文导航及复合导航方法) )； 4.4.弹弹/ /箭的经典制导方法（摄动制导方法、箭的经典制导方法（摄动制导方法、 显式制导方法显式制导方法); ); 5. 5.弹弹/ /箭的姿态控制系统设计原理；箭的姿态控制系统设计原理；

2、 6.6.控制系统硬件基本原理。控制系统硬件基本原理。 课程目标课程目标- - 通过本课程的学习，学生应达到通过本课程的学习，学生应达到: : 1. 1.了解了解弹弹/箭箭的飞行特点，掌握的飞行特点，掌握弹弹/箭箭运动运动 模型建立方法，并能进行模型建立方法，并能进行弹弹/箭箭航程及航程及 落点的计算；落点的计算； 2.2.掌握基础导航方法的设计和工程实现掌握基础导航方法的设计和工程实现 过程（惯性导航、天文导航等）过程（惯性导航、天文导航等）; ; 3. 3.掌握制导方法的设计原理（显式制导掌握制导方法的设计原理（显式制导 和摄动制导）和摄动制导）; ; 4. 4.掌握姿态控制系统的设计原理

3、掌握姿态控制系统的设计原理; ; 5. 5.掌握掌握控制系统硬件的基本工作原理，控制系统硬件的基本工作原理，考核方式考核方式- 考核采取平时成绩考核采取平时成绩( (作业、课堂提问及作业、课堂提问及章节考试）与期末考试相结合的方法，平章节考试）与期末考试相结合的方法，平时占总成绩的时占总成绩的20%20%，期末考试占，期末考试占80%80%。参考教材参考教材- 1. 1.徐延万徐延万 弹道导弹、运载火箭控制弹道导弹、运载火箭控制 系统设计与分析系统设计与分析 宇航出版社。宇航出版社。 2.2.控制系统控制系统( (上、中上、中) ) 宇航出版社。宇航出版社。 第一章第一章 概概 论论1.1 弹

4、（箭）控制系统的任务与特点弹（箭）控制系统的任务与特点 1. 几个概念几个概念 2弹（箭）系统的组成弹（箭）系统的组成 3控制系统的功用控制系统的功用1.2 弹（箭）控制系统发展概况弹（箭）控制系统发展概况 1. 飞行控制系统发展概况飞行控制系统发展概况 2. 测试发射控制系统发展概况测试发射控制系统发展概况 3. 中国弹（箭）控制系统发展概况中国弹（箭）控制系统发展概况 1.1 弹（箭）控制系统的任务与特点弹（箭）控制系统的任务与特点 1.1.1 几个概念几个概念 火箭火箭-指火箭发动机内燃气流以高指火箭发动机内燃气流以高 速喷出产生反作用力向前推进的飞速喷出产生反作用力向前推进的飞 行器。

5、行器。 运载火箭运载火箭-是由多级火箭组成的航天是由多级火箭组成的航天 运输工具。用它将人造地球卫星、运输工具。用它将人造地球卫星、 载人飞船、空间站等有效载荷送入载人飞船、空间站等有效载荷送入 预定的轨道。预定的轨道。导弹导弹-是依靠制导系统来控制飞行轨是依靠制导系统来控制飞行轨 道的火箭武器，它由弹头（战斗道的火箭武器，它由弹头（战斗 部）、制导舱和火箭发动机（动力部）、制导舱和火箭发动机（动力 系统）组成。系统）组成。 弹道导弹弹道导弹-即导弹运动轨迹类似炮弹。即导弹运动轨迹类似炮弹。 导弹开始的一小部分弹道是用火箭导弹开始的一小部分弹道是用火箭 发动机推进，其余弹道都是按照自发动机推进

6、，其余弹道都是按照自 由抛体靠惯性飞行。由抛体靠惯性飞行。 1.1.2弹（箭）系统的组成弹（箭）系统的组成仪器舱：装有制导与控制系仪器舱：装有制导与控制系 统、遥测系统等。统、遥测系统等。 长征三号火箭简图长征三号火箭简图远程弹道导弹简图远程弹道导弹简图1.1.3控制系统的功用控制系统的功用 1）定义和组成）定义和组成 控制系统控制系统-是飞行控制系统和测试发是飞行控制系统和测试发 射控制系统的总称，包括导航、制射控制系统的总称，包括导航、制 导、姿态控制、电子综合、检测和导、姿态控制、电子综合、检测和 发射控制诸分系统。发射控制诸分系统。 导航导航-确定飞行器在初始条件下和飞确定飞行器在初始

7、条件下和飞 行中的状态参数（包括位置、速度行中的状态参数（包括位置、速度 和角度等）。和角度等）。导航系统导航系统-由测量、传递、转换计算等由测量、传递、转换计算等 环节组成、并能给出飞行初始状态环节组成、并能给出飞行初始状态 和飞行状态量的系统。和飞行状态量的系统。 制导制导-即是选择使飞行器从某一飞行状即是选择使飞行器从某一飞行状 态到要求状态的机动规律。态到要求状态的机动规律。制导系统制导系统-能够完成制导过程中各环节能够完成制导过程中各环节 任务的系统。任务的系统。 加加 结构图结构图姿态控制姿态控制-保障飞行器状态稳定和执行保障飞行器状态稳定和执行 制导所需要的机动制导所需要的机动

8、。 姿态控制系统姿态控制系统-由姿态敏感器件、控制由姿态敏感器件、控制 装置与被控对象（飞行器）构成的装置与被控对象（飞行器）构成的 闭环系统。（见闭环系统。（见P157） 加加 结构图结构图 电子综合电子综合-是保证飞行控制系统功能是保证飞行控制系统功能 实现的系统工程综合。实现的系统工程综合。 测试发射控制测试发射控制-是对飞行控制系统实是对飞行控制系统实 行检测、状态与操作进程的监视、行检测、状态与操作进程的监视、 控制，操纵飞行器点火发射。控制，操纵飞行器点火发射。 2）弹道飞行器控制系统的特点）弹道飞行器控制系统的特点 通常弹道飞行器只在主动段实施通常弹道飞行器只在主动段实施 控制。

9、控制。 3）控制系统的任务）控制系统的任务 A控制飞行器的有效载荷投掷精度，控制飞行器的有效载荷投掷精度， 保证弹头落点密集度或空间有效载保证弹头落点密集度或空间有效载 荷入轨精度符合要求。荷入轨精度符合要求。 B对飞行器实施姿态控制，保证在各对飞行器实施姿态控制，保证在各 种干扰条件种干扰条件 下的飞行稳定性。下的飞行稳定性。 C在发射前对飞行器进行可靠、准确在发射前对飞行器进行可靠、准确 地检测和操纵发射。地检测和操纵发射。1.2 弹（箭）控制系统发展概况弹（箭）控制系统发展概况 1.2.1 飞行控制系统发展概况飞行控制系统发展概况 弹（箭）控制系统是个复杂的系统。弹（箭）控制系统是个复杂

10、的系统。其发展取决于：其发展取决于： 控制理论的应用控制理论的应用 电子工业电子工业 计算机技术计算机技术 精密机械精密机械 原材料。原材料。 最早的控制技术用于火箭最早的控制技术用于火箭- 1935年，美国年，美国 人戈达德。将陀螺仪用于火箭的姿态人戈达德。将陀螺仪用于火箭的姿态 控制。控制。第一个有完整控制系统的弹道导弹第一个有完整控制系统的弹道导弹-第二次第二次 世界大战期间德国的世界大战期间德国的V-2导弹。简单地导弹。简单地 控制姿态和射程。控制姿态和射程。计算机发展使控制系统灵活简单计算机发展使控制系统灵活简单-50年代后年代后 ，计算机开始用于导弹，使制导和导，计算机开始用于导弹

11、，使制导和导 航功能可由计算机完成。航功能可由计算机完成。 姿态控制系统由单回路向多回路发展姿态控制系统由单回路向多回路发展- 早期特性简单早期特性简单 采用单回路控制方式采用单回路控制方式 射程及运载射程及运载 能力提高能力提高 需要多回路姿态需要多回路姿态 控制系统。控制系统。 1.2.2 测试发射控制系统发展概况测试发射控制系统发展概况 弹（箭）在发射飞行之前必须对飞行控弹（箭）在发射飞行之前必须对飞行控制系统进行严格的系统检测。制系统进行严格的系统检测。 第一代测试发控系统第一代测试发控系统-由程序控制器控由程序控制器控 制，按顺序测试的手动测试方法。制，按顺序测试的手动测试方法。第二

12、代测试发控系统第二代测试发控系统-计算机应用于检计算机应用于检 测系统。测系统。 第三代测试发控系统第三代测试发控系统-使用计算机、自动化使用计算机、自动化 和半导体等新技术，测试系统数字和半导体等新技术，测试系统数字 化、模块化和多功能化。化、模块化和多功能化。第四代测试发控系统第四代测试发控系统-采用计算机体系结构采用计算机体系结构 和软件一体化。和软件一体化。 1.2.3. 中国弹（箭）控制系统发展概况中国弹（箭）控制系统发展概况早期的控制系统早期的控制系统-由第二次世界大战由第二次世界大战V-2导导 弹发展的。弹发展的。 控制系统电路控制系统电路 电解元件电解元件 发射控制系统发射控制系统 手动测试手动测