制导与控制原理(普通高校十四五规划教材)

    弹道导弹、航天运载器(运载火箭)是依靠液体推进剂或I司体推进剂的火箭发动机产生推进力，在制导和控制的作用下，把有效载荷送至规定目标、轨道的飞行器。导弹的有效载荷是弹头，航天运载器的有效载荷是卫星或其他空问装置。

    弹道式飞行器由有效载荷、动力装置、弹体结构、控制系统、遥测系统等组成。为了保证导弹发射和可靠使用，还需要有地面设备(测试、监控及发射控制设备)支持，如图l一1所示，本书重点论述弹(箭)上的控制系统。

  弹道式飞行器的特点是动力装置(发动机)工作阶段结束即主推进力终止后，飞行器(或有效载荷)沿着自南抛物体轨道飞行。飞行轨道位于以主动段终点、目标点及地球中心三点构成的平面内。对于导弹．主动段终点的飞行参数决定了弹头按自由飞行弹道飞至目标的路线；对于运载火箭，主动段终点的飞行参数则决定了与运载火箭分离后的有效载荷进入空间的飞行轨道。因此，主动段的飞行性能对于保证有效载荷任务的实现起着主导的作用。

    控制系统的主要任务是：①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荷入轨精度符合要求；②对飞行器实施姿态控制．保证在各种条件下的飞行稳定性；③在发射前对飞行器进行可靠、准确地检测并操纵发射。

    飞行器在主动段的飞行时间一般较短(战略导弹的飞行时间为2～6 min．运载火箭为5～20 min)，但是却经受着内外干扰、多种环境条件的恶劣影响，因而飞行器往往会偏离预定轨道和预定飞行状态。控制系统的作用就是消除或减小这些干扰和影响的后果，控制飞行器准确、可靠地完成飞行动作，最后飞到目标。为了保证飞行器接近预定轨道飞行并能准确交会目标(运载火箭有效载荷的交会目标可视为有效载荷进人空间轨道的人轨点)，控制系统必须对飞行器进行轨道调节、姿态保持和控制、动作的有序控制，并提供符合预先规定的主动段终点飞行状态参数，使得当这些参数的组合值与预先规定值相等时，控制发动机关机或抛射有效载荷。

    飞行器控制功能的实现涉及导航、姿态控制、制导和电子综合等方面．它们构成了飞行控制系统的软、硬件内容。实现飞行控制系统功能可以采用自主式或组合式。自主式控制系统是敏感(测量)器件、控制装置在飞行器上，不需要飞行器以外的设备或测量参照信息主动配合．而依靠飞行控制系统自身来实现导航、制导和姿态控制等功能。惯性制导是一种自主式制导。组合式控制系统是利用飞行器上的惯性器件与无线电测量装置或星光跟踪器等组合获取导航信息，以实现制导和控制。

    控制系统不仅要完成飞行控制与制导任务，而且要执行对飞行器测试和发射控制的任务。所以，控制系统具有的功能除与飞行状态、任务要求有关外，还与飞行器发射方式有关。弹道导弹的发射方式有同定发射和机动发射两种类型。机动发射又有陆基(汽车或火车)机动发射和海基(潜艇，舰船)机动发射两种。不同的发射方式有不同的测试发射控制要求，如同定发射方式的测试发射控制设备在体积、重量、环境适应性等方面与车载机动方式相比．条件较优越、限制因素较少。因此．控制系统的功能、使用性必须适应几种发射方式中某一种或几种的需要，保证测试发射控制任务的完成。

    运载火箭控制系统的作用与弹道导弹基本相似，但在使用方面也有不同点，如贮存期、同定发射方式环境条件等。然而对于载人航天运载器，除要求控制系统应具备的一般功能之外，还在保障乘员飞行安全方面有特殊要求．主要是应具备高可靠性和高安全性。1．1．2  控制器系统结构

    飞行控制系统按功能可分为导航系统、制导系统、姿态控制系统和电子综合系统四个子系统。

    根据器件的不同．飞行控制系统包含了二三类器件：第一类是敏感器件，如惯性器件、速率陀螺、导航接收设备等；第二类是传输计算器件，包括箭上计算机、通信线路等；第i类是执行器件，如伺服机构、控制发动机开关的电磁阀等。

    飞行控制系统通过导航敏感器件及导航算法解算获得弹(箭)的实时飞行状态参数，根据当前状态参数与目标轨道参数的对比计算，得到飞行中每一时刻的推力矢量方向，并控制弹(箭)姿态使其达到期望的推力矢量方向，并在满足终端约束时控制关闭发动机，以及发出相关的分离、点火等时序指令。飞行控制系统的功能组成如图l 2所示。

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