CN115390590B - 一种轴对称飞行器大机动控制方法及相关设备 - Google Patents

一种轴对称飞行器大机动控制方法及相关设备 Download PDF

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CN115390590B CN202211326206.4A CN202211326206A CN115390590B CN 115390590 B CN115390590 B CN 115390590B CN 202211326206 A CN202211326206 A CN 202211326206A CN 115390590 B CN115390590 B CN 115390590B
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Abstract

本发明提供了一种轴对称飞行器大机动控制方法及相关设备，其方法包括：根据轴对称飞行器的技术指标确定轴对称飞行器飞行全程所需的飞行攻角、侧滑角与马赫数；计算轴对称飞行器在所有工况点下飞行时的舵面需求；获取舵面满偏值，判断在所有工况点下舵面需求与舵面满偏值的大小；当在所有工况点下舵面需求均小于舵面满偏值时，飞行弹道全程采用侧滑转弯控制策略；当在所有工况点中的一工况点下舵面需求大于或等于舵面满偏值时，将飞行弹道分为大机动段和正常飞行段，在大机动段采用倾斜转弯控制策略，在正常飞行段采用侧滑转弯控制策略；充分发挥了轴对称飞行器的机动能力，同时保证了对轴对称飞行器飞行弹道的平稳与精确控制能力。

Description

一种轴对称飞行器大机动控制方法及相关设备
技术领域
本发明涉及轴对称飞行器控制技术领域，特别涉及一种轴对称飞行器大机动控制方法及相关设备。
背景技术
轴对称飞行器一般采用侧滑转弯（STT）策略，当轴对称飞行器飞行距离较远与侧向机动时，飞行攻角、侧滑角一般较大。当飞行攻角与侧滑角同时比较大时，纵向与侧向的舵面效率急剧降低，从而需要较大的俯仰舵面与偏航舵面平衡飞行攻角与侧滑角，而舵面偏转值有限，实际情况是舵面往往难以达到需求值。
目前，为了使舵面需求与飞行攻角与侧滑角相匹配，一般采用限制飞行攻角、飞行侧滑角的方法，但是这种方法不能充分发挥轴对称飞行器的机动能力。
发明内容
本发明提供了一种轴对称飞行器大机动控制方法及相关设备，其目的是为了充分发挥轴对称飞行器的机动能力，保证对轴对称飞行器飞行弹道的平稳与精确控制能力。
为了达到上述目的，本发明提供了一种轴对称飞行器大机动控制方法，包括：
步骤1，根据轴对称飞行器的技术指标确定轴对称飞行器飞行全程所需的飞行攻角、侧滑角与马赫数；
步骤2，根据飞行攻角需求、侧滑角需求与马赫数需求，计算轴对称飞行器在所有工况点下飞行时的舵面需求；
步骤3，获取舵面满偏值，判断在所有工况点下舵面需求与舵面满偏值的大小；当在所有工况点下舵面需求均小于舵面满偏值时，轴对称飞行器的飞行弹道全程采用侧滑转弯控制策略；当在所有工况点中的一工况点下舵面需求大于或等于舵面满偏值时，轴对称飞行器根据舵面需求与舵面满偏值的大小将飞行弹道分为大机动段和正常飞行段，在大机动段采用倾斜转弯控制策略，在正常飞行段采用侧滑转弯控制策略。
进一步来说，步骤1包括：
建立纵向平面内的轴对称飞行器运动模型；
通过对所述轴对称飞行器运动模型进行仿真，得到所述轴对称飞行器技术指标要求的升力需求；
通过公式
Figure DEST_PATH_IMAGE001
和
Figure 100002_DEST_PATH_IMAGE002
，求取所述轴对称飞行器全程的飞行攻角需求和侧滑角需求；
其中，
Figure DEST_PATH_IMAGE003
为轴对称飞行器技术指标要求的升力需求，
Figure 100002_DEST_PATH_IMAGE004
为作用在轴对称飞行器上的动压，
Figure DEST_PATH_IMAGE005
为轴对称飞行器的特征面积，
Figure DEST_PATH_IMAGE006
为升力系数
Figure DEST_PATH_IMAGE007
对飞行攻角
Figure DEST_PATH_IMAGE008
的导数，
Figure DEST_PATH_IMAGE009
为升力系数
Figure 100002_DEST_PATH_IMAGE010
对侧滑角
Figure 100002_DEST_PATH_IMAGE011
的导数。
进一步来说，步骤2包括:
轴对称飞行器在所有工况下飞行时的舵面需求包括：在飞行攻角需求、侧滑角需求、马赫数需求下的俯仰通道所需的俯仰舵面
Figure 100002_DEST_PATH_IMAGE012
与偏航通道所需的偏航舵面
Figure DEST_PATH_IMAGE013
；
所述俯仰通道所需的俯仰舵面
Figure 100002_DEST_PATH_IMAGE014
，计算公式如下：
Figure DEST_PATH_IMAGE015
所述偏航通道所需的偏航舵面
Figure 266170DEST_PATH_IMAGE013
，计算公式如下：
Figure 100002_DEST_PATH_IMAGE016
其中，
Figure DEST_PATH_IMAGE017
为任一飞行攻角
Figure 100002_DEST_PATH_IMAGE018
、侧滑角
Figure 780328DEST_PATH_IMAGE011
、马赫数
Figure DEST_PATH_IMAGE019
时的俯仰力矩系数，
Figure 100002_DEST_PATH_IMAGE020
为任一飞行攻角
Figure 113220DEST_PATH_IMAGE018
、侧滑角
Figure 68538DEST_PATH_IMAGE011
、马赫数
Figure 422159DEST_PATH_IMAGE019
时的偏航力矩系数，
Figure DEST_PATH_IMAGE021
为任一飞行攻角
Figure 364226DEST_PATH_IMAGE018
、侧滑角
Figure 94285DEST_PATH_IMAGE011
、马赫数
Figure 638529DEST_PATH_IMAGE019
时的俯仰力矩系数对俯仰舵面
Figure 428631DEST_PATH_IMAGE012
的偏导数，
Figure 100002_DEST_PATH_IMAGE022
为任一飞行攻角
Figure 589485DEST_PATH_IMAGE018
、侧滑角
Figure 857655DEST_PATH_IMAGE011
、马赫数
Figure 787565DEST_PATH_IMAGE019
时的偏航力矩系数对偏航舵面
Figure 482989DEST_PATH_IMAGE013
的偏导数。
进一步来说，舵面满偏值包括俯仰通道的舵面满偏值和偏航通道的舵面满偏值；
俯仰通道的舵面满偏值为俯仰舵面的最大值
Figure DEST_PATH_IMAGE023
；
偏航通道的舵面满偏值为偏航舵面的最大值
Figure 100002_DEST_PATH_IMAGE024
。
进一步来说，在步骤3之前，还包括：
计算所述轴对称飞行器x轴恒定不变的弹体系下的指令加速度
Figure DEST_PATH_IMAGE025
，公式如下：
Figure 100002_DEST_PATH_IMAGE026
其中，
Figure DEST_PATH_IMAGE027
为轴对称飞行器的视线系指令加速度三分量，
Figure 100002_DEST_PATH_IMAGE028
为重力加速度，
Figure DEST_PATH_IMAGE029
为地面系到弹体系的转换矩阵，
Figure 100002_DEST_PATH_IMAGE030
为视线系到地面系的转换矩阵。
进一步来说，步骤3还包括：
当在所有工况点下舵面需求
Figure DEST_PATH_IMAGE031
且
Figure 100002_DEST_PATH_IMAGE032
时，所述轴对称飞行器的飞行弹道全程采用侧滑转弯控制策略如下：
Figure DEST_PATH_IMAGE033
当在所有工况点中的一工况点下所述舵面需求
Figure DEST_PATH_IMAGE035
或
Figure DEST_PATH_IMAGE037
时，将舵面需求大于舵面满偏值的飞行弹道视为大机动段，将舵面需求小于舵面满偏值的飞行弹道视为正常飞行段，轴对称飞行器采用倾斜转弯和侧滑转弯配合控制策略；
轴对称飞行器在大机动段采用倾斜转弯控制策略，倾斜转弯控制策略如下：
Figure 100002_DEST_PATH_IMAGE038
所述轴对称飞行器在正常飞行段采用侧滑转弯控制策略，所述侧滑转弯控制策略如下：
Figure DEST_PATH_IMAGE039
其中，
Figure 100002_DEST_PATH_IMAGE040
为弹上传感器测得的弹体实时的滚转角，
Figure DEST_PATH_IMAGE041
为弹体滚转角指令，
Figure 100002_DEST_PATH_IMAGE042
为弹体
Figure DEST_PATH_IMAGE043
轴向加速度指令，
Figure 100002_DEST_PATH_IMAGE044
弹体
Figure DEST_PATH_IMAGE045
轴向加速度指令。
进一步来说，轴对称飞行器采用倾斜转弯和侧滑转弯配合控制策略时，通过指令平滑的方式将倾斜转弯控制策略切换为侧滑转弯控制策略，指令平滑方式如下：
Figure 100002_DEST_PATH_IMAGE046
其中，
Figure DEST_PATH_IMAGE047
为轴对称飞行器开始切换控制策略的时刻，
Figure 100002_DEST_PATH_IMAGE048
为轴对称飞行器实时飞行的时间，
Figure DEST_PATH_IMAGE049
为轴对称飞行器切换控制策略的过渡时间间隔，
Figure 100002_DEST_PATH_IMAGE050
，
Figure DEST_PATH_IMAGE051
，
Figure 100002_DEST_PATH_IMAGE052
为控制策略切换前一刻的控制指令，
Figure DEST_PATH_IMAGE053
，
Figure 100002_DEST_PATH_IMAGE054
，
Figure DEST_PATH_IMAGE055
为控制策略切换后的第一帧控制指令。
本发明还提供了一种轴对称飞行器大机动控制装置，包括：
飞行攻角与侧滑角确定模块，用于根据轴对称飞行器的技术指标确定轴对称飞行器飞行全程所需的飞行攻角、侧滑角与马赫数；
舵面需求计算模块，用于根据飞行攻角需求、侧滑角需求与马赫数需求，计算轴对称飞行器在所有工况点下飞行时的舵面需求；
控制策略选择模块，用于获取舵面满偏值，判断在所有工况点下舵面需求与舵面满偏值的大小；当在所有工况点下舵面需求均小于舵面满偏值时，轴对称飞行器的飞行弹道全程采用侧滑转弯控制策略；当在所有工况点中的一工况点下舵面需求大于或等于舵面满偏值时，轴对称飞行器根据舵面需求与舵面满偏值的大小将飞行弹道分为大机动段和正常飞行段，在大机动段采用倾斜转弯控制策略，在正常飞行段采用侧滑转弯控制策略。
本发明还提供了一种计算机可读存储介质，用于存储计算机程序，通过执行计算机程序，用于实现上述的轴对称飞行器大机动控制方法。
本发明还提供了一种轴对称飞行器大机动控制设备，用于实现上述的轴对称飞行器大机动控制方法，包括：存储器和处理器；
存储器用于储存计算机程序；
处理器用于执行存储器存储的计算机程序。
本发明的上述方案有如下的有益效果：
本发明首先确定轴对称飞行器飞行全程的飞行攻角和侧滑角，根据飞行攻角、侧滑角、马赫数与舵面需求的匹配性，以确定采用倾斜转弯控制策略与侧滑转弯控制策略的时机，充分发挥了轴对称飞行器在有限舵面情况下的机动能力，同时保证了对轴对称飞行器飞行弹道的平稳与精确控制能力；原理简单，工程应用性强。
本发明的其它有益效果将在随后的具体实施方式部分予以详细说明。
附图说明
图1为本发明实施例的流程示意图。
具体实施方式
为使本发明要解决的技术问题、技术方案和优点更加清楚，下面将结合附图及具体实施例进行详细描述。显然，所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
在本发明的描述中，需要说明的是，术语“中心”、“上”、“下”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。此外，术语“第一”、“第二”、“第三”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性。
在本发明的描述中，需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是锁定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。
此外，下面所描述的本发明不同实施方式中所涉及的技术特征只要彼此之间未构成冲突就可以相互结合。
本发明针对现有的问题，提供了一种轴对称飞行器大机动控制方法及相关设备，基于轴对称飞行器在机动能力要求较高的飞行弹道大机动段飞行攻角、侧滑角较大；在飞行弹道正常飞行段飞行攻角、侧滑角较小的特点，采用倾斜转弯BTT和侧滑转弯STT相互切换的控制策略，充分发挥轴对称飞行器的机动能力，同时保证对轴对称飞行器飞行弹道的平稳与精确控制能力。
如图1所示，本发明的实施例提供了一种轴对称飞行器大机动控制方法，包括：
步骤1，根据轴对称飞行器的技术指标确定轴对称飞行器飞行全程所需的飞行攻角、侧滑角与马赫数；
步骤2，根据飞行攻角需求、侧滑角需求与马赫数需求，计算轴对称飞行器在所有工况点下飞行时的舵面需求；
步骤3，获取舵面满偏值，判断在所有工况点下舵面需求与舵面满偏值的大小；当在所有工况点下舵面需求均小于舵面满偏值时，轴对称飞行器的飞行弹道全程采用侧滑转弯控制策略；当在所有工况点中的一工况点下舵面需求大于或等于舵面满偏值时，轴对称飞行器根据舵面需求与舵面满偏值的大小将飞行弹道分为大机动段和正常飞行段，在大机动段采用机动能力较强的倾斜转弯控制策略，在正常飞行段采用控制精度较高的侧滑转弯控制策略。
具体来说，步骤1包括：
根据轴对称飞行器的飞行距离、侧向机动等技术指标，建立纵向平面内的轴对称飞行器运动模型为：
Figure 100002_DEST_PATH_IMAGE056
（1）
其中，
Figure DEST_PATH_IMAGE057
为轴对称飞行器的质量，
Figure 100002_DEST_PATH_IMAGE058
为轴对称飞行器的转动惯量，
Figure DEST_PATH_IMAGE059
、
Figure 100002_DEST_PATH_IMAGE060
、
Figure DEST_PATH_IMAGE061
分别为作用在轴对称飞行器上的阻力、升力和转动力矩，
Figure 100002_DEST_PATH_IMAGE062
为轴对称飞行器的飞行速度，
Figure DEST_PATH_IMAGE063
为轴对称飞行器的机体轴的转动角速度，
Figure DEST_PATH_IMAGE064
，
Figure DEST_PATH_IMAGE065
为轴对称飞行器在发射系纵向平面的坐标位置，
Figure DEST_PATH_IMAGE066
为轴对称飞行器飞行全程的飞行攻角，
Figure DEST_PATH_IMAGE067
为轴对称飞行器的俯仰角，
Figure DEST_PATH_IMAGE068
为轴对称飞行器的弹道倾角；
通过对上述轴对称飞行器运动模型进行仿真，得轴对称飞行器技术指标要求的升力需求；
通过公式
Figure DEST_PATH_IMAGE069
和
Figure DEST_PATH_IMAGE070
，求取所述轴对称飞行器全程的飞行攻角和侧滑角；
其中，
Figure DEST_PATH_IMAGE071
为轴对称飞行器技术指标要求的升力需求，
Figure DEST_PATH_IMAGE072
为作用在轴对称飞行器上的动压，
Figure DEST_PATH_IMAGE073
为轴对称飞行器的特征面积，
Figure DEST_PATH_IMAGE074
为升力系数
Figure 466558DEST_PATH_IMAGE065
对飞行攻角的
Figure 410855DEST_PATH_IMAGE066
导数，
Figure DEST_PATH_IMAGE075
为升力系数
Figure 851064DEST_PATH_IMAGE065
对侧滑角的
Figure 592755DEST_PATH_IMAGE011
导数。
具体来说，步骤2包括：
轴对称飞行器在所有工况下飞行时的舵面需求包括：在飞行攻角需求、侧滑角需求、马赫数需求下的俯仰通道所需的俯仰舵面
Figure 587256DEST_PATH_IMAGE012
与偏航通道所需的偏航舵面
Figure 72595DEST_PATH_IMAGE013
；
所述俯仰通道所需的俯仰舵面
Figure 101731DEST_PATH_IMAGE014
，计算公式如下：
Figure DEST_PATH_IMAGE076
所述偏航通道所需的偏航舵面
Figure 279902DEST_PATH_IMAGE013
，计算公式如下：
Figure DEST_PATH_IMAGE077
其中，
Figure 168224DEST_PATH_IMAGE017
为任一飞行攻角
Figure 581888DEST_PATH_IMAGE018
、侧滑角
Figure 199951DEST_PATH_IMAGE011
、马赫数
Figure 549024DEST_PATH_IMAGE019
时的俯仰力矩系数，
Figure 252538DEST_PATH_IMAGE020
为任一飞行攻角
Figure 79679DEST_PATH_IMAGE018
、侧滑角
Figure 817828DEST_PATH_IMAGE011
、马赫数
Figure 196857DEST_PATH_IMAGE019
时的偏航力矩系数，
Figure 263033DEST_PATH_IMAGE021
为任一飞行攻角
Figure 18499DEST_PATH_IMAGE018
、侧滑角
Figure 611155DEST_PATH_IMAGE011
、马赫数
Figure 304960DEST_PATH_IMAGE019
时的俯仰力矩系数对俯仰舵面
Figure 983066DEST_PATH_IMAGE012
的偏导数，
Figure 152010DEST_PATH_IMAGE022
为任一飞行攻角
Figure 864751DEST_PATH_IMAGE018
、侧滑角
Figure 585583DEST_PATH_IMAGE011
、马赫数
Figure 626351DEST_PATH_IMAGE019
时的偏航力矩系数对偏航舵面
Figure 723620DEST_PATH_IMAGE013
的偏导数。
具体来说，舵面满偏值包括俯仰通道的舵面满偏值和偏航通道的舵面满偏值；
俯仰通道的舵面满偏值为俯仰舵面的最大值
Figure 166234DEST_PATH_IMAGE023
；
偏航通道的舵面满偏值为偏航舵面的最大值
Figure 57966DEST_PATH_IMAGE024
。
具体来说，步骤3包括：
计算所述轴对称飞行器x轴恒定不变的弹体系下的指令加速度
Figure 710665DEST_PATH_IMAGE025
，公式如下：
Figure DEST_PATH_IMAGE078
其中，
Figure 486991DEST_PATH_IMAGE027
为轴对称飞行器的视线系指令加速度三分量，
Figure 174324DEST_PATH_IMAGE028
为重力加速度，
Figure 112324DEST_PATH_IMAGE029
为地面系
Figure DEST_PATH_IMAGE079
到弹体系
Figure DEST_PATH_IMAGE080
的转换矩阵，表达式如下：
Figure DEST_PATH_IMAGE081
（5）
Figure DEST_PATH_IMAGE082
为视线
Figure DEST_PATH_IMAGE083
系到地面系
Figure 862105DEST_PATH_IMAGE079
的转换矩阵，表达式如下：
Figure DEST_PATH_IMAGE084
（6）
其中，
Figure DEST_PATH_IMAGE085
表示轴对称飞行器的俯仰角，
Figure DEST_PATH_IMAGE086
表示轴对称飞行器的偏航角，
Figure DEST_PATH_IMAGE087
表示轴对称飞行器相对目标的视线高低角，
Figure DEST_PATH_IMAGE088
表示轴对称飞行器相对目标的视线方位角。
弹体系是一般用以研究飞行器受力矩情况与转动动力学特性的坐标系。
地面系与地球固联，当飞行距离较小时，可以近似忽略地球曲率与旋转的影响，因此认为地面系是一种惯性坐标系。
视线系的原点取飞行器的重心，x轴与飞行器至目标的视线重合，并指向目标，z轴在铅锤平面内并垂直与x轴指向下，y轴由右手定则确定。
具体来说，步骤3还包括：
当在所有工况点下舵面需求均满
Figure DEST_PATH_IMAGE089
且
Figure DEST_PATH_IMAGE090
时，轴对称飞行器的飞行弹道全程采用侧滑转弯控制策略如下：
Figure DEST_PATH_IMAGE091
（7）
当在所有工况点中的一工况点下舵面需求满足
Figure DEST_PATH_IMAGE093
或
Figure DEST_PATH_IMAGE094
时，将舵面需求大于舵面满偏值
Figure DEST_PATH_IMAGE096
或
Figure DEST_PATH_IMAGE097
时的飞行弹道视为大机动段，将舵面需求小于舵面满偏值
Figure DEST_PATH_IMAGE098
或
Figure DEST_PATH_IMAGE099
的飞行弹道视为正常飞行段，轴对称飞行器采用倾斜转弯和侧滑转弯配合控制策略；在大机动段采用机动能力较强的倾斜转弯控制策略，大机动段结束后采用控制精度更高的侧滑转弯控制策略；在大机动段，轴对称飞行器采用倾斜转弯控制策略如下：
Figure DEST_PATH_IMAGE100
（8）
其中，
Figure 924346DEST_PATH_IMAGE040
为弹上传感器测得的弹体实时的滚转角，
Figure 200607DEST_PATH_IMAGE041
为弹体滚转角指令，
Figure 575087DEST_PATH_IMAGE042
为弹体
Figure 936798DEST_PATH_IMAGE043
轴向加速度指令，
Figure 789348DEST_PATH_IMAGE044
弹体
Figure 185694DEST_PATH_IMAGE045
轴向加速度指令。
此时飞行攻角较大，而侧滑角在零度附近，舵面效率不会降低，从而使舵面需求较小，但是倾斜转弯控制BTT的轴对称飞行器***是一个具有运动学耦合、惯性耦合、气动耦合和控制作用耦合的多变量***，而且倾斜转弯控制BTT也会影响一些传感器的测量精度；因此，当轴对称飞行器对机动性能要求降低时，即
Figure 855710DEST_PATH_IMAGE098
或
Figure 594732DEST_PATH_IMAGE099
时，在飞行弹道的正常飞行段采用控制精度较高的侧滑转弯控制策略如公式（7）所示。
具体来说，轴对称飞行器采用倾斜转弯和侧滑转弯配合控制策略时，通过指令平滑的方式将倾斜转弯控制策略切换为侧滑转弯控制策略，指令平滑方式如下：
Figure DEST_PATH_IMAGE101
（9）
其中，
Figure 641185DEST_PATH_IMAGE047
为轴对称飞行器开始切换控制策略的时刻，
Figure 32983DEST_PATH_IMAGE048
为轴对称飞行器实时飞行的时间，
Figure 608321DEST_PATH_IMAGE049
为轴对称飞行器切换控制策略的过渡时间间隔，
Figure 85570DEST_PATH_IMAGE050
，
Figure 404556DEST_PATH_IMAGE051
，
Figure 775495DEST_PATH_IMAGE052
为控制策略切换前一刻的控制指令，
Figure 662679DEST_PATH_IMAGE053
，
Figure 220699DEST_PATH_IMAGE054
，
Figure 484322DEST_PATH_IMAGE055
为控制策略切换后的目标控制指令。
本发明实施例还提供了一种轴对称飞行器大机动控制装置，包括：
飞行攻角与侧滑角确定模块，用于根据轴对称飞行器的技术指标确定轴对称飞行器飞行全程所需的飞行攻角、侧滑角与马赫数；
舵面需求计算模块，用于根据飞行攻角需求、侧滑角需求与马赫数需求，计算轴对称飞行器在所有工况点下飞行时的舵面需求；
控制策略选择模块，用于获取舵面满偏值，判断在所有工况点下舵面需求与舵面满偏值的大小；当在所有工况点下舵面需求均小于舵面满偏值时，轴对称飞行器的飞行弹道全程采用侧滑转弯控制策略；当在所有工况点中的一工况点下舵面需求大于或等于舵面满偏值时，轴对称飞行器根据舵面需求与舵面满偏值的大小将飞行弹道分为大机动段和正常飞行段，在大机动段采用倾斜转弯控制策略，在正常飞行段采用侧滑转弯控制策略。
本发明实施例还提供了一种计算机可读存储介质，用于存储计算机程序，通过执行计算机程序，用于实现上述的轴对称飞行器大机动控制方法。
本发明实施例还提供了一种轴对称飞行器大机动控制设备，用于实现上述的轴对称飞行器大机动控制方法，包括：存储器和处理器；
存储器用于储存计算机程序；
处理器用于执行存储器存储的计算机程序。
本发明实施例首先确定轴对称飞行器飞行全程的飞行攻角和侧滑角，根据飞行攻角、侧滑角与舵面的匹配性，以确定采用倾斜转弯控制策略与侧滑转弯控制策略的时机，充分发挥了轴对称飞行器的机动能力，同时保证了对轴对称飞行器飞行弹道的平稳与精确控制能力；原理简单，工程应用性强。
以上所述是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明所述原理的前提下，还可以作出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本发明的保护范围。

Claims (7)

1.一种轴对称飞行器大机动控制方法，其特征在于，包括：
步骤1，根据轴对称飞行器的技术指标确定所述轴对称飞行器飞行全程所需的飞行攻角、侧滑角与马赫数；
步骤2，根据所述飞行攻角需求、所述侧滑角需求与所述马赫数需求，计算所述轴对称飞行器在所有工况点下飞行时的舵面需求；
步骤3，获取舵面满偏值，判断在所有工况点下所述舵面需求与所述舵面满偏值的大小；当在所有工况点下所述舵面需求均小于所述舵面满偏值时，所述轴对称飞行器的飞行弹道全程采用侧滑转弯控制策略；当在所有工况点中的一工况点下所述舵面需求大于或等于所述舵面满偏值时，所述轴对称飞行器根据所述舵面需求与所述舵面满偏值的大小将所述飞行弹道分为大机动段和正常飞行段，在所述大机动段采用倾斜转弯控制策略，在所述正常飞行段采用侧滑转弯控制策略；
所述舵面满偏值包括俯仰通道的舵面满偏值和偏航通道的舵面满偏值；
所述俯仰通道的舵面满偏值为俯仰舵面的最大值
Figure 728192DEST_PATH_IMAGE001
；
所述偏航通道的舵面满偏值为偏航舵面的最大值
Figure DEST_PATH_IMAGE002
；
当在所有工况点下所述舵面需求
Figure 458381DEST_PATH_IMAGE003
且
Figure DEST_PATH_IMAGE004
时，所述轴对称飞行器的飞行弹道全程采用侧滑转弯控制策略如下：
Figure 566015DEST_PATH_IMAGE005
当在所有工况点中的一工况点下所述舵面需求
Figure 305432DEST_PATH_IMAGE007
或
Figure 854225DEST_PATH_IMAGE009
时，将所述舵面需求大于所述舵面满偏值的飞行弹道视为大机动段，将所述舵面需求小于所述舵面满偏值的飞行弹道视为正常飞行段，所述轴对称飞行器采用倾斜转弯和侧滑转弯配合控制策略；
所述轴对称飞行器在大机动段采用倾斜转弯控制策略，所述倾斜转弯控制策略如下：
Figure DEST_PATH_IMAGE010
所述轴对称飞行器在正常飞行段采用侧滑转弯控制策略，所述侧滑转弯控制策略如下：
Figure DEST_PATH_IMAGE011
其中，
Figure DEST_PATH_IMAGE012
为弹上传感器测得的弹体实时的滚转角，
Figure 817633DEST_PATH_IMAGE013
为弹体滚转角指令，
Figure DEST_PATH_IMAGE014
为弹体
Figure 287928DEST_PATH_IMAGE015
轴向加速度指令，
Figure DEST_PATH_IMAGE016
弹体
Figure 814724DEST_PATH_IMAGE017
轴向加速度指令，
Figure DEST_PATH_IMAGE018
、
Figure 576880DEST_PATH_IMAGE019
均为轴对称飞行器x轴恒定不变的弹体系下的指令加速度；
所述轴对称飞行器采用倾斜转弯和侧滑转弯配合控制策略时，通过指令平滑的方式将所述倾斜转弯控制策略切换为侧滑转弯控制策略，所述指令平滑方式如下：
Figure DEST_PATH_IMAGE020
其中，
Figure 898140DEST_PATH_IMAGE021
为轴对称飞行器开始切换控制策略的时刻，
Figure DEST_PATH_IMAGE022
为轴对称飞行器实时飞行的时间，
Figure 855732DEST_PATH_IMAGE023
为轴对称飞行器切换控制策略的过渡时间间隔，
Figure DEST_PATH_IMAGE024
，
Figure 671372DEST_PATH_IMAGE025
，
Figure DEST_PATH_IMAGE026
为控制策略切换前一刻的控制指令，
Figure 257074DEST_PATH_IMAGE027
，
Figure DEST_PATH_IMAGE028
，
Figure 765547DEST_PATH_IMAGE029
为控制策略切换后的第一帧控制指令。
2.根据权利要求1所述的轴对称飞行器大机动控制方法，其特征在于，所述步骤1包括：
建立纵向平面内的轴对称飞行器运动模型；
通过对所述轴对称飞行器运动模型进行仿真，得到所述轴对称飞行器技术指标要求的升力需求；
通过公式
Figure DEST_PATH_IMAGE030
和
Figure 335069DEST_PATH_IMAGE031
，求取所述轴对称飞行器全程的飞行攻角需求和侧滑角需求；
其中，
Figure DEST_PATH_IMAGE032
为轴对称飞行器技术指标要求的升力需求，
Figure 423242DEST_PATH_IMAGE033
为作用在轴对称飞行器上的动压，
Figure DEST_PATH_IMAGE034
为轴对称飞行器的特征面积，
Figure 269975DEST_PATH_IMAGE035
为升力系数
Figure DEST_PATH_IMAGE036
对飞行攻角
Figure 933037DEST_PATH_IMAGE037
的导数，
Figure DEST_PATH_IMAGE038
为升力系数
Figure 472079DEST_PATH_IMAGE039
对侧滑角
Figure DEST_PATH_IMAGE040
的导数。
3.根据权利要求1所述的轴对称飞行器大机动控制方法，其特征在于，所述步骤2包括:
所述轴对称飞行器在所有工况点下飞行时的舵面需求包括：在所述飞行攻角需求、所述侧滑角需求、所述马赫数需求下的俯仰通道所需的俯仰舵面
Figure 878789DEST_PATH_IMAGE041
与偏航通道所需的偏航舵面
Figure DEST_PATH_IMAGE042
；
所述俯仰通道所需的俯仰舵面
Figure 455395DEST_PATH_IMAGE043
，计算公式如下：
Figure DEST_PATH_IMAGE044
所述偏航通道所需的偏航舵面
Figure 430304DEST_PATH_IMAGE042
，计算公式如下：
Figure 974418DEST_PATH_IMAGE045
其中，
Figure DEST_PATH_IMAGE046
为任一飞行攻角
Figure 935552DEST_PATH_IMAGE047
、侧滑角
Figure 22457DEST_PATH_IMAGE040
、马赫数
Figure DEST_PATH_IMAGE048
时的俯仰力矩系数，
Figure 292901DEST_PATH_IMAGE049
为任一飞行攻角
Figure 199677DEST_PATH_IMAGE047
、侧滑角
Figure 964502DEST_PATH_IMAGE040
、马赫数
Figure 905913DEST_PATH_IMAGE048
时的偏航力矩系数，
Figure DEST_PATH_IMAGE050
为任一飞行攻角
Figure 347259DEST_PATH_IMAGE047
、侧滑角
Figure 6910DEST_PATH_IMAGE040
、马赫数
Figure 578356DEST_PATH_IMAGE048
时的俯仰力矩系数对俯仰舵面
Figure 108694DEST_PATH_IMAGE041
的偏导数，
Figure 127466DEST_PATH_IMAGE051
为任一飞行攻角
Figure 133468DEST_PATH_IMAGE047
、侧滑角
Figure 895888DEST_PATH_IMAGE040
、马赫数
Figure 421678DEST_PATH_IMAGE048
时的偏航力矩系数对偏航舵面
Figure 345772DEST_PATH_IMAGE042
的偏导数。
4.根据权利要求1所述的轴对称飞行器大机动控制方法，其特征在于，所述步骤3之前，还包括：
计算所述轴对称飞行器x轴恒定不变的弹体系下的指令加速度
Figure DEST_PATH_IMAGE052
，公式如下：
Figure 307911DEST_PATH_IMAGE053
其中，
Figure DEST_PATH_IMAGE054
为轴对称飞行器的视线系指令加速度三分量，
Figure 952651DEST_PATH_IMAGE055
为重力加速度，
Figure DEST_PATH_IMAGE056
为地面系到弹体系的转换矩阵，
Figure 457581DEST_PATH_IMAGE057
为视线系到地面系的转换矩阵。
5.一种轴对称飞行器大机动控制装置，其特征在于，包括：
飞行攻角与侧滑角确定模块，用于根据轴对称飞行器的技术指标确定所述轴对称飞行器飞行全程所需的飞行攻角、侧滑角与马赫数；
舵面需求计算模块，用于根据所述飞行攻角需求、所述侧滑角需求与所述马赫数需求，计算所述轴对称飞行器在所有工况点下飞行时的舵面需求；
控制策略选择模块，用于获取舵面满偏值，判断在所有工况点下所述舵面需求与所述舵面满偏值的大小；当在所有工况点下所述舵面需求均小于所述舵面满偏值时，所述轴对称飞行器的飞行弹道全程采用侧滑转弯控制策略；当在所有工况点中的一工况点下所述舵面需求大于或等于所述舵面满偏值时，所述轴对称飞行器根据所述舵面需求与所述舵面满偏值的大小将所述飞行弹道分为大机动段和正常飞行段，在所述大机动段采用倾斜转弯控制策略，在所述正常飞行段采用侧滑转弯控制策略；
所述舵面满偏值包括俯仰通道的舵面满偏值和偏航通道的舵面满偏值；
所述俯仰通道的舵面满偏值为俯仰舵面的最大值；
Figure 411631DEST_PATH_IMAGE001
；
所述偏航通道的舵面满偏值为偏航舵面的最大值
Figure 267591DEST_PATH_IMAGE002
；
当在所有工况点下所述舵面需求
Figure DEST_PATH_IMAGE058
且
Figure 716021DEST_PATH_IMAGE059
时，所述轴对称飞行器的飞行弹道全程采用侧滑转弯控制策略如下：
Figure DEST_PATH_IMAGE060
当在所有工况点中的一工况点下所述舵面需求
Figure 668934DEST_PATH_IMAGE007
或
Figure DEST_PATH_IMAGE062
时，将所述舵面需求大于所述舵面满偏值的飞行弹道视为大机动段，将所述舵面需求小于所述舵面满偏值的飞行弹道视为正常飞行段，所述轴对称飞行器采用倾斜转弯和侧滑转弯配合控制策略；
所述轴对称飞行器在大机动段采用倾斜转弯控制策略，所述倾斜转弯控制策略如下：
Figure 541687DEST_PATH_IMAGE010
所述轴对称飞行器在正常飞行段采用侧滑转弯控制策略，所述侧滑转弯控制策略如下：
Figure 619365DEST_PATH_IMAGE011
其中，
Figure 651912DEST_PATH_IMAGE012
为弹上传感器测得的弹体实时的滚转角，
Figure 131435DEST_PATH_IMAGE013
为弹体滚转角指令，
Figure 833811DEST_PATH_IMAGE014
为弹体
Figure 274151DEST_PATH_IMAGE015
轴向加速度指令，
Figure 720176DEST_PATH_IMAGE016
弹体
Figure 178839DEST_PATH_IMAGE017
轴向加速度指令，
Figure 786538DEST_PATH_IMAGE018
、
Figure 104387DEST_PATH_IMAGE019
均为轴对称飞行器x轴恒定不变的弹体系下的指令加速度；
所述轴对称飞行器采用倾斜转弯和侧滑转弯配合控制策略时，通过指令平滑的方式将所述倾斜转弯控制策略切换为侧滑转弯控制策略，所述指令平滑方式如下：
Figure 698310DEST_PATH_IMAGE020
其中，
Figure 418005DEST_PATH_IMAGE021
为轴对称飞行器开始切换控制策略的时刻，
Figure 321239DEST_PATH_IMAGE022
为轴对称飞行器实时飞行的时间，
Figure 860804DEST_PATH_IMAGE023
为轴对称飞行器切换控制策略的过渡时间间隔，
Figure 648632DEST_PATH_IMAGE024
，
Figure 832620DEST_PATH_IMAGE025
，
Figure 47700DEST_PATH_IMAGE026
为控制策略切换前一刻的控制指令，
Figure 933617DEST_PATH_IMAGE027
，
Figure 525135DEST_PATH_IMAGE028
，
Figure 688263DEST_PATH_IMAGE029
为控制策略切换后的第一帧控制指令。
6.一种计算机可读存储介质，用于存储计算机程序，其特征在于，通过执行所述计算机程序，用于实现上述权利要求1-4中任意一项所述的轴对称飞行器大机动控制方法。
7.一种轴对称飞行器大机动控制设备，其特征在于，用于实现上述权利要求1-4任意一项所述的轴对称飞行器大机动控制方法，包括：存储器和处理器；
所述存储器用于储存计算机程序；
所述处理器用于执行所述存储器存储的计算机程序。
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