固定翼双旋弹修正组件滚转控制研究
发布时间：2021-07-28 04:48
针对固定翼双旋弹修正组件滚转通道存在的输入扰动和模型不确定性问题,设计一种基于H∞回路整形的两自由度滚转通道控制方法.通过对修正组件电气系统和机械系统的建模,得到执行机构电磁控制力矩的计算方法,利用理论分析及实验测试,研究了修正组件气动力矩和滚转阻尼力矩的建模方法,从而得到滚转通道控制模型,并设计基于H∞回路整形的两自由度滚转通道控制器实现滚转角度控制.半实物仿真实验结果表明,通过对修正组件电气系统和机械系统分析建立滚转通道控制模型的方法可行,设计的滚转通道控制器能够实现精确的滚转角控制.
【文章来源】：北京理工大学学报. 2020,40(04)北大核心EICSCD
【文章页数】：10 页
【部分图文】：
前体滚转角控制方案框图
图2 前体滚转角控制方案框图如前所述,前体滚转角控制通过对电磁力矩的控制实现. 前体滚转力矩示意图如图 4所示. 前体受到的力矩有:控制电磁力矩Te,由修正机构内电机产生;反向气动力矩Ta,由固定差动舵产生;因滚转产生的气动阻尼力矩b1pF,其中pF为前体转速,b1为气动阻尼力矩系数;前体滚转阻尼力矩Tf,为前后体间的滚转阻尼力矩. 转速和各力矩正方向如图 4所示,其中?F为定义的前体滚转角,yFP和zFP为固连平面坐标系[4]的坐标轴. 下面将通过对双旋弹修正机构的动力学特性分析得到前体滚转通道的动力学模型.
相比于常规鸭舵布局双旋弹,为了降低成本和简化结构,固定翼双旋弹采用了固定角度舵片. 如图 1所示,双旋弹分为前体和后体两个部分,前体为带有两对固定鸭舵的低速旋转部分,也即修正组件部分,后体为弹体的主体部分. 舵片1和舵片3构成一对差动舵,可以为前体提供减旋力矩;舵片2和舵片4构成一对控制舵,用于产生控制力和控制力矩. 当不需要进行弹道修正时,前体在差动舵的作用下相对于后体反向低速自由旋转,对弹道修正的平均作用近似为0;当需要对弹道进行修正时,前体在轴向电机的作用下按照修正指令对滚转角进行控制.前体滚转角控制方案如图 2所示. 弹上GPS,惯性测量单元(IMU)和地磁传感器将弹丸的位置、速度、加速度和姿态信息等提供给弹载计算机,弹载计算机根据修正控制算法计算出弹道修正需要的前体滚转角指令,将其解算为指令序列发送给修正机构控制板. 用于测量前后体间相对角度的霍尔传感器也不断将角度反馈序列发送给修正机构控制板. 修正机构控制板中的嵌入式计算机根据指令序列和反馈序列,由前体滚转角控制策略得出滚转角控制需用的控制电磁力矩大小,并将该力矩大小解算为输出给MOS管控制PWM信号的占空比,来控制电机产生相应大小的电磁力矩实现滚转角控制. 电磁力矩的产生机理和过程如图 3所示. 图中线圈绕组对应图 2中的永磁同步电机,D1～D6为二极管,RL为功率电阻,Q1为MOS管. 永磁同步电机工作在发电机状态,利用双旋弹前后体间极高相对转速产生电能. 三相整流桥将电机输出的三相交流电整流成直流电,当PWM信号为低电平时,直流通路截止,整个回路中没有电流产生,电机不产生电磁力矩;当PWM信号为高电平时,直流通路导通,回路中有电流流通,电机将产生最大的制动电磁力矩. 所以通过调节PWM信号的占空比,能够使电机近似输出在零到最大的制动电磁力矩之间的任意电磁力矩,来实现前体滚转角控制.
【参考文献】：
期刊论文
[1]双旋弹丸弹道修正组件控制响应模型研究[J]. 殷婷婷,贾方秀,于纪言,王晓鸣. 北京理工大学学报. 2018(02)
[2]隔转鸭舵式弹道修正弹双旋通道参数辨识[J]. 程杰,王晓鸣,于纪言,贾方秀. 兵工学报. 2016(10)
[3]美国精确制导组件技术发展现状分析[J]. 曹红锦. 四川兵工学报. 2015(09)
[4]固定翼双旋弹动力学分岔特性分析[J]. 许诺,于剑桥,王亚飞. 航空学报. 2015(12)
[5]固定翼双旋弹动力学特性分析[J]. 许诺,于剑桥,王亚飞,王林林. 兵工学报. 2015(04)
[6]隔转鸭舵式弹道修正弹电磁执行机构工况研究[J]. 程杰,于纪言,王晓鸣,姚文进. 兵工学报. 2014(12)
本文编号：3307248
【文章来源】：北京理工大学学报. 2020,40(04)北大核心EICSCD
【文章页数】：10 页
【部分图文】：
前体滚转角控制方案框图
图2 前体滚转角控制方案框图如前所述,前体滚转角控制通过对电磁力矩的控制实现. 前体滚转力矩示意图如图 4所示. 前体受到的力矩有:控制电磁力矩Te,由修正机构内电机产生;反向气动力矩Ta,由固定差动舵产生;因滚转产生的气动阻尼力矩b1pF,其中pF为前体转速,b1为气动阻尼力矩系数;前体滚转阻尼力矩Tf,为前后体间的滚转阻尼力矩. 转速和各力矩正方向如图 4所示,其中?F为定义的前体滚转角,yFP和zFP为固连平面坐标系[4]的坐标轴. 下面将通过对双旋弹修正机构的动力学特性分析得到前体滚转通道的动力学模型.
相比于常规鸭舵布局双旋弹,为了降低成本和简化结构,固定翼双旋弹采用了固定角度舵片. 如图 1所示,双旋弹分为前体和后体两个部分,前体为带有两对固定鸭舵的低速旋转部分,也即修正组件部分,后体为弹体的主体部分. 舵片1和舵片3构成一对差动舵,可以为前体提供减旋力矩;舵片2和舵片4构成一对控制舵,用于产生控制力和控制力矩. 当不需要进行弹道修正时,前体在差动舵的作用下相对于后体反向低速自由旋转,对弹道修正的平均作用近似为0;当需要对弹道进行修正时,前体在轴向电机的作用下按照修正指令对滚转角进行控制.前体滚转角控制方案如图 2所示. 弹上GPS,惯性测量单元(IMU)和地磁传感器将弹丸的位置、速度、加速度和姿态信息等提供给弹载计算机,弹载计算机根据修正控制算法计算出弹道修正需要的前体滚转角指令,将其解算为指令序列发送给修正机构控制板. 用于测量前后体间相对角度的霍尔传感器也不断将角度反馈序列发送给修正机构控制板. 修正机构控制板中的嵌入式计算机根据指令序列和反馈序列,由前体滚转角控制策略得出滚转角控制需用的控制电磁力矩大小,并将该力矩大小解算为输出给MOS管控制PWM信号的占空比,来控制电机产生相应大小的电磁力矩实现滚转角控制. 电磁力矩的产生机理和过程如图 3所示. 图中线圈绕组对应图 2中的永磁同步电机,D1～D6为二极管,RL为功率电阻,Q1为MOS管. 永磁同步电机工作在发电机状态,利用双旋弹前后体间极高相对转速产生电能. 三相整流桥将电机输出的三相交流电整流成直流电,当PWM信号为低电平时,直流通路截止,整个回路中没有电流产生,电机不产生电磁力矩;当PWM信号为高电平时,直流通路导通,回路中有电流流通,电机将产生最大的制动电磁力矩. 所以通过调节PWM信号的占空比,能够使电机近似输出在零到最大的制动电磁力矩之间的任意电磁力矩,来实现前体滚转角控制.
【参考文献】：
期刊论文
[1]双旋弹丸弹道修正组件控制响应模型研究[J]. 殷婷婷,贾方秀,于纪言,王晓鸣. 北京理工大学学报. 2018(02)
[2]隔转鸭舵式弹道修正弹双旋通道参数辨识[J]. 程杰,王晓鸣,于纪言,贾方秀. 兵工学报. 2016(10)
[3]美国精确制导组件技术发展现状分析[J]. 曹红锦. 四川兵工学报. 2015(09)
[4]固定翼双旋弹动力学分岔特性分析[J]. 许诺,于剑桥,王亚飞. 航空学报. 2015(12)
[5]固定翼双旋弹动力学特性分析[J]. 许诺,于剑桥,王亚飞,王林林. 兵工学报. 2015(04)
[6]隔转鸭舵式弹道修正弹电磁执行机构工况研究[J]. 程杰,于纪言,王晓鸣,姚文进. 兵工学报. 2014(12)
本文编号：3307248
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