[发明专利]一种适用于高速入水的开环控制方法

说明书

本发明属于航行体技术领域，公开了一种适用于高速入水的开环控制方法。步骤1：建立航行体高速入水段运动学与动力学模型；步骤2：基于步骤1的模型设计平滑开环控制曲线；步骤3：基于步骤2的平滑开环控制曲线，采用优化算法设计最优控制参数；步骤4：对步骤3的最优控制参数进行仿真验证。本发明用以解决弹道出现失稳风险的问题。

技术领域

本发明属于航行体技术领域，具体涉及一种适用于高速入水的开环控制方法。

背景技术

有关高速入水航行体的研究很多，针对入水袋深约束条件，目前采用的方式为预置航行体空化器舵角，用其带来的升力使得弹道进行拉平，但该方式并不平滑，使得弹道出现失稳的风险，且会使得控制稳定边界较为狭窄，不能适应更多入水条件。

发明内容

本发明提供一种适用于高速入水的开环控制方法，用以解决弹道出现失稳风险的问题。

本发明通过以下技术方案实现：

一种适用于高速入水的开环控制方法，所述控制方法包括以下步骤：

步骤1：建立航行体高速入水段运动学与动力学模型；

步骤2：基于步骤1的模型设计平滑开环控制曲线；

步骤3：基于步骤2的平滑开环控制曲线，采用优化算法设计最优控制参数；

步骤4：对步骤3的最优控制参数进行仿真验证。

一种适用于高速入水的开环控制方法，所述步骤1建立航行体高速入水段运动学与动力学模型具体为，航行体高速入水过程中受到空化器控制力、重力以及滑行力的作用；

所述重力的作用具体为，假定水下弹的质量保持不变，忽略由于燃料消耗引起的质量减小；在地面坐标系中，水下弹所受的重力分解为：

式中，G_xe为重力在x轴分量，G_ye为重力在y轴分量，G_ze为重力在z轴分量，m为航行体质量，g为重力加速度；

对上式进行坐标转换，转至水下弹坐标系有：

式中，G_xb为浮力在x轴分量，G_yb为浮力在y轴分量，G_zb为浮力在z轴分量，为滚转角，θ为俯仰角，ψ为偏航角。

由于动力学建立在质心上，故不受重力矩作用。

一种适用于高速入水的开环控制方法，所述空化器受力的作用具体为，

空化器在纵平面内绕着平行于O₁y₁轴的固定轴发生转动；当绕着平行于O₁y₁轴的固定轴转动时，空化器偏转角δ_c的正负依据右手定则确定；

当空化器绕着O₁y₁轴正向逆时针旋转时定义为正；

速度坐标系下的空化器的受力情况具体为，由于空化器的几何尺寸与水下弹的几何尺寸相比较小，因此空化器的几何中心与转动中心是重合的；

作用在空化器上的流体动力F_c为水下弹提供了升力和阻力，其中升力沿着升力轴的方向，阻力沿着水下弹速度轴反方向；升力系数和阻力系数为空化器攻角α_c的函数。作用在圆盘形空化器上的水动力系数有如下计算公式：

式中，σ为空化数，α_c为空化器的攻角。