半捷联红外导引头高精度稳定控制技术研究
发布时间：2022-02-14 03:46
针对半捷联红外导引头稳定控制的目的,通过采用与导引头相关的坐标系定义,采用四元数法进行分析,建立了导引头伺服镜在惯性空间稳定的数学公式,实现了对方位、俯仰两个通道伺服镜的惯性空间稳定的公式分离,通过对求解方程进行离散,得出了伺服镜旋转角增量形式的公式,并对离散方程的稳定性进行重点研究,为系统分析和设计提供理论依据,算例表明算法公式的正确性,得到了提高伺服镜在惯性空间的稳定度精度使得其误差小于1.0×10-6rad的结论。
【文章来源】：电子设计工程. 2020,28(19)
【文章页数】：5 页
【部分图文】：
伺服镜捷联稳定框图
伺服镜捷联稳定模块是整个稳定系统的核心部分，其功能是把导引头基座扰动信号，通过坐标变换，经过较复杂的计算，得到控制伺服镜的角度信号，从而保证伺服镜空间稳定。捷联稳定模块运用四元数法，将输入的导引头基座角速度作为输入量，通过四元数表述的坐标变换矩阵，在捷联计算过程中，通过稳定在惯性坐标系的初始向量，改初始向量变换到伺服镜视线坐标系，最后得到稳定初始矢量的伺服镜方位、俯仰角度，捷联稳定模块的输出是控制伺服镜输出的实时角度。由惯性坐标系先转换到弹上坐标系[x1,y1,z1]T，再由弹上坐标系转换到弹上测量坐标系。这种转换关系可用四元数姿态矩阵T来表示[6]:根据发射时的弹体初始方位、俯仰及滚转角?0,ψ0,γ0，对应的初始四元数q00,q10,q20,q30。α0,β0是伺服镜的初始预定角。伺服镜的稳定问题，实际上就是截获目标时刻的伺服镜坐标在惯性空间保持不变，即不论弹体姿态角(ψ,?,γ)如何变化，都要控制α,β（伺服镜转角），使得伺服镜实时位置[x,y,z]保持在惯性空间位置[x0,y0,z0]不变，即：
方程（11）、（12）的求解是采用增量法，实时计算出由于弹体姿态的扰动，伺服镜需要保持稳定的框架角[11-12]，运算变量运用单精度类型数据，计算的初始条件：α0=β0=0，ωx=ωy=0，ωz=0.001 rad/s，时间步长为1 ms，保持稳定的角度增量为10-6rad。图3针对变量选取float型和double型，进行运算结果对比，用单精度数据解算的伺服镜角度增量误差值是发散的，随着时间的增长，误差还会继续增大，甚至发散，导致稳定算法失败。而采用双精度计算，算法是稳定的，因此，采用捷联稳定模块采用变量双精度是必须的[13-14]。为此，伺服控制计算机选用TMS320C6701浮点处理器，运算变量选用double类型[15]。初期采用定点DSP(32位）处理器，要保持计算的稳定性，必须采用64位定点计算增量角才能保证稳定，32位定点计算达不到计算稳定性的要求[16]。
【参考文献】：
期刊论文
[1]基于无迹卡尔曼滤波的捷联导引头视线角速率估计方法[J]. 杨阳,蔡正谊,陈升泽,赵帅. 兵器装备工程学报. 2019(02)
[2]基于隔离度特性的导引头控制系统优化设计[J]. 刘石祥,杜肖,符胜楠,夏群利. 系统工程与电子技术. 2018(02)
[3]高超声速飞行器俯冲段制导控制方法研究[J]. 刘清楷,陈坚,汪立新,秦伟伟,张广豪. 现代防御技术. 2017(06)
[4]基于理想弹道鲁棒容积卡尔曼滤波视线角估计[J]. 刘振亚,高敏,程呈. 系统工程与电子技术. 2018(02)
[5]半捷联导引头隔离度影响与STUKF在线补偿[J]. 胡欧磊,王江,黄鹏,林德福,杨哲. 红外与激光工程. 2017(03)
[6]基于多模型的捷联红外导引头隔离度在线补偿方法[J]. 宗睿,林德福,王伟,盛晓彦,兰玲. 系统工程与电子技术. 2017(01)
[7]全捷联对地攻击制导武器导引头隔离度对制导系统性能的影响[J]. 袁亦方,林德福,杨涛. 红外与激光工程. 2015(06)
[8]半捷联滚仰导引头视线角速度重构提取技术[J]. 孙高,赵桂军,吕鉴倬,曹培培. 制导与引信. 2015(02)
[9]滚仰式捷联导引头视线角速度提取技术研究[J]. 江云,李友年,王霞. 电光与控制. 2015(04)
[10]天线罩和导引头隔离度对制导系统影响研究[J]. 郑多,林德福,徐兴华,祁载康. 系统工程与电子技术. 2015(07)
硕士论文
[1]半捷联稳定平台控制器设计及空间运动仿真[D]. 张又文.西南科技大学 2018
本文编号：3624182
【文章来源】：电子设计工程. 2020,28(19)
【文章页数】：5 页
【部分图文】：
伺服镜捷联稳定框图
伺服镜捷联稳定模块是整个稳定系统的核心部分，其功能是把导引头基座扰动信号，通过坐标变换，经过较复杂的计算，得到控制伺服镜的角度信号，从而保证伺服镜空间稳定。捷联稳定模块运用四元数法，将输入的导引头基座角速度作为输入量，通过四元数表述的坐标变换矩阵，在捷联计算过程中，通过稳定在惯性坐标系的初始向量，改初始向量变换到伺服镜视线坐标系，最后得到稳定初始矢量的伺服镜方位、俯仰角度，捷联稳定模块的输出是控制伺服镜输出的实时角度。由惯性坐标系先转换到弹上坐标系[x1,y1,z1]T，再由弹上坐标系转换到弹上测量坐标系。这种转换关系可用四元数姿态矩阵T来表示[6]:根据发射时的弹体初始方位、俯仰及滚转角?0,ψ0,γ0，对应的初始四元数q00,q10,q20,q30。α0,β0是伺服镜的初始预定角。伺服镜的稳定问题，实际上就是截获目标时刻的伺服镜坐标在惯性空间保持不变，即不论弹体姿态角(ψ,?,γ)如何变化，都要控制α,β（伺服镜转角），使得伺服镜实时位置[x,y,z]保持在惯性空间位置[x0,y0,z0]不变，即：
方程（11）、（12）的求解是采用增量法，实时计算出由于弹体姿态的扰动，伺服镜需要保持稳定的框架角[11-12]，运算变量运用单精度类型数据，计算的初始条件：α0=β0=0，ωx=ωy=0，ωz=0.001 rad/s，时间步长为1 ms，保持稳定的角度增量为10-6rad。图3针对变量选取float型和double型，进行运算结果对比，用单精度数据解算的伺服镜角度增量误差值是发散的，随着时间的增长，误差还会继续增大，甚至发散，导致稳定算法失败。而采用双精度计算，算法是稳定的，因此，采用捷联稳定模块采用变量双精度是必须的[13-14]。为此，伺服控制计算机选用TMS320C6701浮点处理器，运算变量选用double类型[15]。初期采用定点DSP(32位）处理器，要保持计算的稳定性，必须采用64位定点计算增量角才能保证稳定，32位定点计算达不到计算稳定性的要求[16]。
【参考文献】：
期刊论文
[1]基于无迹卡尔曼滤波的捷联导引头视线角速率估计方法[J]. 杨阳,蔡正谊,陈升泽,赵帅. 兵器装备工程学报. 2019(02)
[2]基于隔离度特性的导引头控制系统优化设计[J]. 刘石祥,杜肖,符胜楠,夏群利. 系统工程与电子技术. 2018(02)
[3]高超声速飞行器俯冲段制导控制方法研究[J]. 刘清楷,陈坚,汪立新,秦伟伟,张广豪. 现代防御技术. 2017(06)
[4]基于理想弹道鲁棒容积卡尔曼滤波视线角估计[J]. 刘振亚,高敏,程呈. 系统工程与电子技术. 2018(02)
[5]半捷联导引头隔离度影响与STUKF在线补偿[J]. 胡欧磊,王江,黄鹏,林德福,杨哲. 红外与激光工程. 2017(03)
[6]基于多模型的捷联红外导引头隔离度在线补偿方法[J]. 宗睿,林德福,王伟,盛晓彦,兰玲. 系统工程与电子技术. 2017(01)
[7]全捷联对地攻击制导武器导引头隔离度对制导系统性能的影响[J]. 袁亦方,林德福,杨涛. 红外与激光工程. 2015(06)
[8]半捷联滚仰导引头视线角速度重构提取技术[J]. 孙高,赵桂军,吕鉴倬,曹培培. 制导与引信. 2015(02)
[9]滚仰式捷联导引头视线角速度提取技术研究[J]. 江云,李友年,王霞. 电光与控制. 2015(04)
[10]天线罩和导引头隔离度对制导系统影响研究[J]. 郑多,林德福,徐兴华,祁载康. 系统工程与电子技术. 2015(07)
硕士论文
[1]半捷联稳定平台控制器设计及空间运动仿真[D]. 张又文.西南科技大学 2018
本文编号：3624182
本文链接：https://www.wllwen.com/kejilunwen/jingguansheji/3624182.html
