一种靶标单向滚转的爬升段位置纠偏控制方法与流程

本发明属于无人机控制的，具体涉及一种靶标单向滚转的爬升段位置纠偏控制方法，用于设计靶标爬升段高度及航迹控制策略，以实现双通道靶标在爬升过程中对高度和航迹的跟踪控制。

背景技术：

1、云雀靶标作为国内首款超音速大机动靶标，具有模拟先进四、五代机大空域、宽速域、高机动的能力，可为导弹武器系统的定型鉴定和飞行员日常训练提供空中目标。在实际供靶试验中，为了提高靶标供靶的有效性，靶标需按主航道飞行，尽量减小航迹的偏差，确保按照理论弹道供靶。因此，靶标需要进行有效的航迹控制。

2、然而与传统三通道控制不同，云雀靶标采用鸭尾舵气动布局，无方向舵，依靠鸭舵与升降舵控制俯仰通道，副翼控制滚转通道，在靶标的爬升段，靶标不仅要跟踪高度指令，同时必须要进行有效的航迹控制，而爬升过程中控制高度的过载指令符号具有不确定性，这就使得要控制航迹的滚转角指令存在多次反号的情况；另一方面，该靶标受液体火箭发动机工作条件的约束，在进入任务高度之前发动机不具备开机条件，靶标的爬升段为无动力爬升段。因此，如何保证靶标无动力爬升过程中依靠双通道控制实现对高度的跟踪的同时对航迹进行有效控制，且尽量减小能量损耗、减少来回滚转次数，确保靶标无动力安全到达任务高度，是云雀靶标研制的一项关键技术。

技术实现思路

1、本发明的目的在于针对现有技术中的上述不足，提供一种靶标单向滚转的爬升段位置纠偏控制方法，以解决云雀靶标无动力爬升时的航迹控制的问题。

2、为达到上述目的，本发明采取的技术方案是：

3、一种靶标单向滚转的爬升段位置纠偏控制方法，其包括以下步骤：

4、s1、设计靶标航迹控制触发控制策略；

5、s2、采用经典控制理论pd控制结构，计算靶标航迹控制的过载指令；

6、s3、根据靶标航迹控制的过载指令和靶标跟踪高度的过载指令，分别计算两个阶段的双通道法向过载指令和滚转角指令；

7、s4、采用计算所得的双通道法向过载指令和滚转角指令同时进行靶标的高度跟踪和航迹控制。

8、进一步地，步骤s1中靶标航迹控制触发控制策略，包括：

9、助推分离tfl时刻后至靶标进入任务高度平飞时刻tcruise，thc时刻高度跟踪控制启控，tzc时刻航迹控制启控，tzc时刻后根据发射系位置x判断靶标的当前发射系位置z是否超出航迹触发控制门限zmx，若未超出门限，则航迹不控制，航迹控制的过载指令nzc＝0，滚转角指令γc＝0；若超出门限，则进入航迹控制，且当航迹再次小于门限时，仍保持航迹控制。

10、进一步地，步骤s2中计算靶标航迹控制的过载指令，包括：

11、采用经典控制理论pd控制结构进行靶标的航迹控制，并计算航迹控制的过载指令nzc为：

12、nzc＝kvz[kz(zc-z)-vz]sgn(vx)

13、其中，zc为靶标飞行的航迹指令，vx、vz分别为靶标的速度在发射系位置x、z上的分量，sgn(·)表示符号函数，kz、kvz分别为靶标的航迹控制参数。

14、进一步地，步骤s3中将控制时序分为两个阶段，即第一阶段和第二阶段；其中，第一阶段起始时刻为thc，结束时刻为tcruise；第二阶段起始时刻为tcruise。

15、进一步地，计算第一阶段的双通道法向过载指令和滚转角指令，包括：

16、将靶标的发射角增大δθ，并根据实时的跟踪高度的过载指令nhc对侧向位置控制所需的航迹控制的过载指令nzc进行修正：

17、n′zc＝min{|nhc|tan(γlim)，|nzc|}·sgn(nzc）

18、其中，γlim为靶标的滚转角限幅；n′zc为修正后的航迹控制的过载指令；对跟踪高度的过载指令nhc进行限幅，取值范围为[nhcx nhcs]，其中nhcx＜0，nhcs＜0，nhcx为跟踪高度的过载指令nhc限幅的下限值，nhcs为跟踪高度的过载指令nhc限幅的上限值；

19、基于修正后的航迹控制的过载指令n′zc和跟踪高度的过载指令nhc，计算俯仰通道的法向过载指令nyc：

20、

21、根据俯仰通道的法向过载指令nyc和修正后的航迹控制的过载指令n′zc，计算滚转通道的滚转角指令γc：

22、

23、进一步地，计算第二阶段的双通道法向过载指令和滚转角指令，包括：

24、tcruise时刻后，靶标进入任务高度并维持该高度定高平飞，该阶段俯仰通道的法向过载指令nyc符号为正，该阶段的控制策略为：

25、tcruise时刻至该时刻后跟踪高度的过载指令nhc大于设计门限nhcmx的时间段内，航迹控制的过载指令nzc＝0，滚转通道的滚转角指令γc＝0，俯仰通道的法向过载指令nyc＝nhc；

26、tcruise时刻后跟踪高度的过载指令nhc大于设计门限nhcmx时，计算得到航迹控制的过载指令nzc，并根据计算所得的航迹控制的过载指令nzc和跟踪高度的过载指令nhc，计算俯仰通道的法向过载指令nyc：

27、

28、根据俯仰通道的法向过载指令nyc和航迹控制的过载指令nzc，计算滚转通道的滚转角指令γc：

29、

30、本发明提供的靶标单向滚转的爬升段位置纠偏控制方法，具有以下有益效果：

31、本发明工作方式简洁可靠，在控制没有方向舵的靶标时，通过在线规划法向过载指令和滚转角指令，以实现靶标无动力爬升时对高度的跟踪和对航迹的有效控制。

32、本发明首先设计了基于门限zmx的航迹触发控制策略，在超出门限时进行航迹控制；之后，将爬升段分为两个阶段进行控制策略设计，在进入高度之前，通过增大发射角和限幅，有效调整跟踪高度的过载指令nhc的符号，通过设置靶标的滚转角限幅γlim对航迹控制的过载指令nzc进行修正，在线规划得到修正后的航迹控制的过载指令n′zc，与跟踪高度的过载指令通过在线规划算法，生成俯仰通道的法向过载指令nyc和滚转通道的滚转角指令γc，在进入高度之后，根据跟踪高度的过载指令设计相应的滚转角指令，保证了无动力爬升过程中对高度跟踪的同时，可以有效控制航迹偏差，两阶段的控制策略可确保法向过载指令的符号和滚转角指令的符号，有效减少了来回滚珠的次数。

技术特征：

1.一种靶标单向滚转的爬升段位置纠偏控制方法，其特征在于，包括以下步骤：

2.根据权利要求1所述的靶标单向滚转的爬升段位置纠偏控制方法，其特征在于，所述步骤s1中靶标航迹控制触发控制策略，包括：

3.根据权利要求2所述的靶标单向滚转的爬升段位置纠偏控制方法，其特征在于，所述步骤s2中计算靶标航迹控制的过载指令，包括：

4.根据权利要求3所述的靶标单向滚转的爬升段位置纠偏控制方法，其特征在于：所述步骤s3中将控制时序分为两个阶段，即第一阶段和第二阶段；其中，第一阶段起始时刻为thc，结束时刻为tcruise；第二阶段起始时刻为tcruise。

5.根据权利要求4所述的靶标单向滚转的爬升段位置纠偏控制方法，其特征在于，计算第一阶段的双通道法向过载指令和滚转角指令，包括：

6.根据权利要求4所述的靶标单向滚转的爬升段位置纠偏控制方法，其特征在于，计算第二阶段的双通道法向过载指令和滚转角指令，包括：

技术总结
本发明公开了一种靶标单向滚转的爬升段位置纠偏控制方法，属于无人机控制领域，解决了云雀靶标无动力爬升时的航迹控制问题；其包括S1、设计靶标航迹控制触发控制策略；S2、采用经典控制理论PD控制结构，计算靶标航迹控制的过载指令；S3、分别计算两个阶段的双通道法向过载指令和滚转角指令；S4、采用计算所得的双通道法向过载指令和滚转角指令同时进行靶标的高度跟踪和航迹控制。本发明为靶标设计爬升段法向过载指令和滚转角指令，保证其能在无动力爬升过程中跟踪高度的同时实现有效的航迹控制，且尽量减少无动力爬升过程中来回滚转的次数及能量损耗。

技术研发人员：郭晓雯,凡永华,冯晓强,李家乐,陈凯,李宏君,赵前甜
受保护的技术使用者：西安航天动力研究所
技术研发日：
技术公布日：2024/1/13