三轴稳定姿态计算

Ｖｏ１．３５，Ｎｏ．６　Ｊｕｎ，２０１０　火力与指挥控制　Ｆｉｒｅ　Ｃｏｎｔｒｏｌ＆Ｃｏｍｍａｎｄ　Ｃｏｎｔｒｏｌ　第３５卷第６期　２０１０年６月　

文章编号：１００２—０６４０（２０１０）０６—０１６２—０４　

三轴稳定拦截器常值推力姿态控制系统优化设计　

赵畅，李小兵，万少松　（空军工程大学导弹学院，陕西三原７１３８００）　

摘要：针对大气层外拦截器常值姿态控制问题，设计了一种“数字变推力”姿态控制系统。通过对拦截器动力学环节合　理简化，应用线性二次型最优控制理论（ＬＱＲ），设计出连续型角度最优控制律，并依据廉价控制、昂贵控制等原则。选择合适　的加权矩阵推导出控制量的解析表达式；根据ＰＷＰＦ（（Ｐｕｌｓｅ　Ｗｉｄｔｈ　Ｐｕｌｓｅ　Ｆｒｅｑｕｅｎｃｙ）调制原理，将用连续推力设计最优控制　律用于常值推力发动机，实现了“数字变推力”姿态控制系统设计；考虑燃料消耗及ＰＷＰＦ线性工作区要求等应用ＰＳＯ　（Ｐａｒｔｉｃｌｅ　Ｓｗａｒｍ　Ｏｐｔｉｍｉｚａｔｉｏｎ）优化算法对ＰＷＰＦ调制器参数进行了优化设计和仿真。仿真结果表明了该设计方法的有效性　及工程应用价值。　关键词：拦截器，姿态控制，常值推力，调宽调频，粒子群算法　中图分类号：ＴＰ２７３　文献标识码：Ａ　

Ｏｐｔｉｍｉｚａｔｉｏｎ　Ｄｅｓｉｇｎｓ　ｆｏｒ　Ａｔｔｉｔｕｄｅ　Ｃｏｎｔｒｏｌ　Ｓｙｓｔｅｍ　Ｕｓｅｄ　

Ｃｏｎｓｔａｎｔ　Ｔｈｒｕｓｔ　ｏｆ　Ｔｈｒｅｅ—ａｘｉａｌ　Ｉｎｔｅｒｃｅｐｔｏｒ　

ＺＨＡＯ　Ｃｈａｎｇ，ＬＩ　Ｘｉａｏ—ｂｉｎｇ，ＷＡＮ　Ｓｈａｏ—ｓｏｎｇ　

（Ｍｉｓｓｉｌｅ　Ｉｎｓｔｉｔｕｔｅ，Ａｉｒ　Ｆｏｒｃｅ　Ｅｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ　Ｕｎｉｖｅｒｓｉｔｙ，Ｓａｎｙｕａｎ　７１３８００，Ｃｈｉｎａ）　

Ａｂｓｔｒａｃｔ：Ａｎ　ａｔｔｉｔｕｄｅ　ｃｏｎｔｒｏｌ　ｓｙｓｔｅｍ　ｗｉｔｈ　ｔｈｅ　ｔｈｒｕｓｔ　ｔｒａｎｓｆｏｒｍｅｄ　ｆｒｏｍ　ｄｉｇｉｔａｌ　ｉｓ　ｄｅｓｉｇｎｅｄ　ｆｏｒ　ｔｈｅ　

三轴稳定姿态计算

三轴稳定姿态计算是一种在航空航天、导航和导弹等领域中广泛使用的计算方法。它能够确定物体在三个方向上的姿态，即俯仰、横滚和偏航角，并帮助控制系统实现稳定悬停和精确导航。本文将介绍三轴稳定姿态计算的原理、方法和应用，希望能给读者带来有指导意义的启示。

首先，我们来了解一下三轴稳定姿态计算的原理。三轴稳定姿态计算主要基于多个传感器的数据，包括加速度计、陀螺仪和磁力计。加速度计用于测量物体在三个方向上的加速度，陀螺仪用于测量物体的旋转速度，而磁力计则用于测量物体所处的磁场方向。通过将这些传感器的数据进行组合和处理，我们可以计算出物体的俯仰、横滚和偏航角。

三轴稳定姿态计算的方法有多种，其中最常见的是基于互补滤波算法。互补滤波算法根据传感器的特性进行权衡，将不同传感器的数据进行融合，从而得到更准确的姿态信息。具体而言，加速度计可以精确测量物体的重力方向，而陀螺仪能够检测到物体的角速度变化，通过结合这两种数据，可以得到更准确的姿态角。磁力计则可以用来补偿陀螺仪的漂移误差，从而提高姿态计算的精度。

三轴稳定姿态计算在行业中有着广泛的应用。在航空航天领域，它可以用于无人机和飞行器的姿态控制，实现稳定飞行和导航。在导航和地理信息系统中，它可以用于汽车和船只的定位和导航，提供准确的姿态信息。在导弹和火箭技术中，它可以帮助导弹和火箭保持稳定的飞行轨迹，确保其准确命中目标。此外，三轴稳定姿态计算还可以应用于摄影和影视制作中，实现稳定的拍摄效果。

总之，三轴稳定姿态计算是一种重要的计算方法，它通过多个传感器的数据融合来确定物体的姿态角。基于互补滤波算法的计算方法能够提高姿态计算的精度和稳定性。这种计算方法在航空航天、导航和导弹等领域具有广泛的应用，能够实现稳定悬停、精确导航和准确命中目标等功能。希望本文对读者有指导意义，能够增加对三轴稳定姿态计算的认识和理解。

水泥搅拌桩工程量的计算：

定额的工程量计算规则是按桩径截面积乘以桩长，采用多轴施工搅拌桩的工程量计算关键在于桩截面积的确定，仍采用“桩径截面积” 则不可行，应该扣除桩径截面一次形成的重叠部位面积，三轴搅拌桩单排止水及多排加固的工作量计算如下，一次成活三个桩径断面，应扣除两个部位的重叠面积。

1、设桩径为850mm，桩轴（圆心）矩为600mm，则每次成活桩截面积S为三个圆面积扣减4个重叠的弓形面积，计算方式为：

原面积： S1=（0.85/2）2×3.1416×3=1.7024m2

圆心角： θ=2×acos(0.3/0.425)=90.1983°

一个扇形面积：S2=（0.85/2）2×3.1416×90.1983/360=0.1423 m2

三角形面积： S3=(0.4252-0.32)1/2×2×0.3/2=0.0903 m2

一个弓形面积: S4=S2-S3=0.1423-0.0903=0.052 m2

每次成活桩截面积: S=S1-4×S4=1.7024-0.052*4=1.4944m2

套接一孔：每幅桩平均截面积为(1.4944+1.7024/3)/2=1.031m³

即：工作量=桩径截面积（1.031m³）×设计桩长×桩数。

2、设桩径为650mm，桩轴（圆心）矩为450mm，则每次成活桩截面积S为三个圆面积扣减4个重叠的弓形面积，计算方式为：

原面积： S1=（0.65/2）2×3.1416×3=0.9955m2

圆心角： θ=2×acos(0.225/0.325)=92.3738°

一个扇形面积：S2=（0.65/2）2×3.1416×92.3738/360=0.085 m2 三角形面积： S3=(0.3252-0.2252)1/2×2×0.3/2=0.0528 m2

一个弓形面积: S4=S2-S3=0.085-0.0528=0.0322 m2

轴3的校核计算

1，弯矩受力计算

（1）轴上的扭矩

nPT6105.59=609421 mN

（2）作用在齿轮上的圆周力

Ft

NzmTdTFnt6258cos/222

（3）作用在齿轮上的径向力Fr

NFFFtntr235814cos20tancostan

(4)作用在齿轮上的轴向力Fa

NFFta585tan

2,计算作用于轴上的支反力，弯矩。

（1）求垂直面的支承反力

NLdFLFFv9092a-2r21

（2）求水平面的支承反力

NFtFFHH3129221

（3）绘垂直面的弯矩图

)(982)(155212mNLFavMmNLFMavVV

（4）绘水平面的弯矩图

)(33621mNLFMHaH

（5）合成弯矩

)(350)(37022'a'22amNMMMmNMMMaHvaaHva

2，校核轴的强度

由轴的扭距、弯距图可知，齿轮轴的轮齿处存在危险截面，因此在该处计算应力 224()ca

（因扭转切应力不是对称循环应力，故引入折合系数α）取0.3

抗弯截面系数

5331025.11000501.032dW

截面上的弯曲应力

a6.29MPWMa

截面上的扭转切应力

38.242WTWTT

轴的弯扭强度条件为

1[]ca

查表15-1得 1[]60MPa

所以 1225.30)38.243.0(46.29MPaca

符合弯扭强度条件。

1轴的校核计算

（1）1轴上的圆周力，径向力，轴向力

NFFFNdTFFNdTFFtrtaat1003tan275723262221r22211121

（2）求垂直面的支承反力 NFFFNLdFLFFvrVarV871132221221