導(dǎo)彈姿態(tài)控制系統(tǒng)的原理

飛行中彈道導(dǎo)彈繞質(zhì)心運(yùn)動(dòng)通常用3個(gè)飛行姿態(tài)角（滾動(dòng)、偏航和俯仰）及其變化率來描述。其姿態(tài)控制系統(tǒng)一般由3個(gè)基本通道組成，分別穩(wěn)定和控制導(dǎo)彈的滾動(dòng)、偏航和俯仰姿態(tài)。各通道組成基本相同，由敏感裝置、變換放大裝置和執(zhí)行機(jī)構(gòu)組成。①敏感裝置用于測(cè)量導(dǎo)彈的姿態(tài)變化并輸出信號(hào)，通常采用位置陀螺儀、慣性平臺(tái)和速率陀螺儀等慣性器件。位置陀螺儀是利用二自由度陀螺儀的穩(wěn)定性提供導(dǎo)彈姿態(tài)角測(cè)量基準(zhǔn)，通過角度傳感器輸出與導(dǎo)彈姿態(tài)角偏差成比例的電信號(hào)。慣性平臺(tái)是為導(dǎo)彈提供測(cè)量坐標(biāo)基準(zhǔn)．利用彈體相對(duì)于慣性平臺(tái)框架間的轉(zhuǎn)動(dòng)來產(chǎn)生姿態(tài)角信號(hào)。速率陀螺儀是利用單自由度陀螺儀的進(jìn)動(dòng)性，來測(cè)量導(dǎo)彈的姿態(tài)角速率，經(jīng)換算給出導(dǎo)彈姿態(tài)角變化信號(hào)。有些導(dǎo)彈還采用加速度計(jì)等作為敏感裝置，以實(shí)現(xiàn)彈體載荷和質(zhì)心偏移的最小控制。②變換放大裝置用于對(duì)各姿態(tài)信號(hào)和制導(dǎo)指令信號(hào)按一定控制規(guī)律進(jìn)行運(yùn)算、校正和放大并輸出控制信號(hào)。姿態(tài)控制系統(tǒng)按傳遞的信號(hào)形式可分為模擬式和數(shù)字式。在模擬式姿態(tài)控制系統(tǒng)中，所傳遞的信號(hào)是連續(xù)變化的物理量，主要由校正網(wǎng)絡(luò)和放大器等組成。在數(shù)字式姿態(tài)控制系統(tǒng)中，所有信號(hào)都被轉(zhuǎn)化為數(shù)字量，變換放大裝置通常由彈上計(jì)算機(jī)兼顧，其變換放大裝置又稱為控制計(jì)算裝置。③執(zhí)行機(jī)構(gòu)，又稱伺服機(jī)構(gòu)。有電動(dòng)、氣動(dòng)和液壓等類型。用于將電信號(hào)轉(zhuǎn)變成機(jī)械動(dòng)作，其工作過程是：根據(jù)控制信號(hào)驅(qū)動(dòng)舵面或擺動(dòng)發(fā)動(dòng)機(jī)，產(chǎn)生使彈體繞質(zhì)心運(yùn)動(dòng)的控制力矩，以穩(wěn)定或控制導(dǎo)彈的飛行姿態(tài)。產(chǎn)生控制力矩的方式有舵面氣動(dòng)控制和推力向量控制兩類。舵面氣動(dòng)控制方式是由伺服機(jī)構(gòu)（或舵機(jī)）驅(qū)動(dòng)空氣舵產(chǎn)生氣動(dòng)控制力矩，它能有效地穩(wěn)定和控制導(dǎo)彈在大氣層內(nèi)飛行；推力向量控制方式是由伺服機(jī)構(gòu)改變推力向量產(chǎn)生控制力矩，它有燃?xì)舛?、液體（或氣體）二次噴射、擺動(dòng)發(fā)動(dòng)機(jī)、擺動(dòng)噴管或姿態(tài)控制發(fā)動(dòng)機(jī)等控制方式。推力向量控制方式在大氣層外也能使用，但必須在發(fā)動(dòng)機(jī)工作情況下進(jìn)行。導(dǎo)彈姿態(tài)控制系統(tǒng)中的敏感裝置、變換放大裝置和執(zhí)行機(jī)構(gòu)等與彈體（控制對(duì)象）一起構(gòu)成導(dǎo)彈姿態(tài)控制閉環(huán)回路。大型導(dǎo)彈（火箭）的姿態(tài)控制系統(tǒng)多采用姿態(tài)角、姿態(tài)角速度和線加速度的多回路閉環(huán)控制。當(dāng)制導(dǎo)指令信號(hào)為零時(shí)，如果導(dǎo)彈在干擾力矩作用下使彈體姿態(tài)角發(fā)生變動(dòng)，則敏感裝置敏感其信號(hào)，經(jīng)過回路負(fù)反饋產(chǎn)生控制力矩與干擾力短相平衡；當(dāng)干擾力矩消除后，控制力矩自動(dòng)消失，從而使導(dǎo)彈的姿態(tài)角保持穩(wěn)定。當(dāng)制導(dǎo)指令信號(hào)不為零時(shí)，信號(hào)經(jīng)過閉環(huán)回路產(chǎn)生控制力矩，控制導(dǎo)彈的姿態(tài)角，以實(shí)現(xiàn)導(dǎo)彈的控制。