制导中期的控制系统

航天工程
2016-01-22
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导语: 在制导系统方面进一步发展补偿式制导方案。利用“变参数线性系统外干扰完全补偿”理论,研制了更为完善的捷联补偿制导方案。这种补偿方案采用以陀螺积分仪为测速器件并完成补偿量综合,时变系数由解算装置生成,整套制导装置实现制导关机量控制,提高了制导精度。

      横向控制仍然采用导弹横向速度作为闭路导引信号,但是,获取横向加速度Vz的方式则由装在垂直陀螺仪上的横向加速度计完成,因此不需坐标转换的解算,系统变得简单,可靠。
      在姿态控制系统方面,为适应弹体长细比增大产生弹性振动对姿态控制稳定性的影响,首次采用了速率陀螺仪信号参与控制的双回路姿态控制系统(图1-10)。
      图中的变换放大器采用当时技术上先进的晶体管作前置放大与磁放大器作功率放大的混合电路,代替了早期控制系统的电子管放大器。经过使用表明,它结构牢靠,性能稳定。
       执行机构仍为舵机——燃气舵,但姿态控制系统设计中考虑了燃气舵烧蚀对控制力变化的影响,因而采取时间程序改变燃气舵反馈系数的方案,提高了姿态控制系统对不同飞行时间的适应能力。

       实现飞行控制系统的电子设备,按照合理划分功能界面、线路匹配接口,减少了装弹控制装置的数量和重量,同时提高了可靠性和电磁兼容性。
       测试发射控制系统为半自动化测试、手动发射控制方式。线路采用了连锁严密、可靠性高的开关继电器控制线路,全晶体管化的电子计数、测时、测频以及数字式装定关机量、闭路修正陀螺仪的定向对准等。
   
        其后,为适应两级火箭对制导、姿态控制及测试发射控制的要求,飞行控制系统及测试发射控制系统进一步改进、完善方案和采取新的技术途径,增大了控制系统功能,提高了性能。
        两级火箭的长细比更大,弹性振动及液体推进剂晃动的影响必须综合考虑,同时飞行时间长,干扰量增多,因而控制系统设计难度加大。
        补偿式制导方案进一步完善,采用捷联式全补偿,并引入横向导引和法向导引的制导系统,从而使制导方法误差更小。惯性器件采用静压气浮的陀螺仪和积分陀螺加速度计,因而由此造成的制导工具误差减小。制导系统的关机方程、导引方程、制导过程量的存取及补偿量变系数的设置均由弹(箭)载计算装置实现,并发出制导指令,控制射程和横向偏差。
        姿态控制系统针对两级火箭的刚体运动、弹性振动、晃动及一、二级分离干扰对二级起控稳定性等影响,采取角位置陀螺、速率陀螺并在校正网络中运用相位稳定、幅值稳定及变参数方法实现姿态控制的静、动态特性,满足了姿态控制性能要求。
        测试发射控制系统采用数字化、自动化及晶体管线路,完成对飞行控制系统的测试,以显示和打印的方式记录测试参数及结果,通过发射控制台操纵火箭点火发射。
        利用这种控制系统于1970年4月成功地发射了“长征”运载火箭系列(围1-11)中的CZ-1火箭,首次将我国第一颗人造地球卫星“东方红”1号送入太空。


       为满足导弹射程及大型运载火箭发展的需要,控制系统在以前成果基础上作了大的改进并采取某些新的技术,提高了性能。
       制导系统采用平台一计算机惯性制导方案。它能直接建立惯性坐标系参照基准,不需要导航状态量坐标转换,可以减轻对弹(箭)载计算机的要求;在制导方程中不出现姿态角,因而不需要高精度姿态角传感器。陀螺稳定平台能改善加速度计和陀螺仪的动态环境,隔离弹(箭)体振动、摇摆的影响,有利于提高惯性器件使用精度。
        为配合当时国产弹载计算机的研制水平,制导律采取常系数积分型的关机方程和导引方程并在关机方程中引入了时间补偿项,消除关机时间变化对射程控制的影响,同时引入了反映弹道倾角偏差的法向导引和反映横向偏差的横向导引。采用这些方法后,用一个中等速度、小容量数字增量型的专用弹载计算机就能完成制导高精度复杂运算。
        陀螺稳定平台是以气浮技术为基础的三轴静压气浮平台。平台台体上的三个加速度计量测量为制导提供信息,平台框架三个轴端各安装一个测量姿态的传感器,将传感器信号处理后分别输出俯仰角偏差、偏航角和滚动角,送至姿态控制系统。

        姿态控制系统面对动力学特性复杂的被控对象,在沿用连续式控制体制下,采取了多回路姿态控制方案。控制回路中的变换放大器电路先后采用微膜组件、薄膜组件和集成运算放大器、无源校正网络和有源校正网络。执行机构为推力矢量控制和姿控游动发动机,分别由功率不同的伺服机构摆动主发动机推力室和摆动游动发动机产生较大控制力。
        弹(箭)控制装置近30台件,连接的导线(缆)长达万余米。电子综合系统针对状态参数测量、信号变换及传输、指令生成、作动、时序配电等电、液压和气的功能特点,在工程实现上采取了硬件合理布局、功能界面相对独立、信号线、控制线及供电线分布有序,利用消源、断径、增抗等措施解决电磁兼容性以及采用冗余技术提高了可靠性。
        测试发射控制系统为弹载计算机测试、地面发射控制并引入了监控功能。该系统能完成自动转换、装定、校验,静、动态测试检查等内容。在测试方法、功能、速度、故障诊断和抗干扰等方面均有较大发展,并将测试数据和状态信息送向指挥控制中心。


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