过载自动驾驶仪的设计

基于零控脱靶量和状态观测器发布时间：2022-05-07T08:34:22.426Z 来源：《科学与技术》2022年1月2期作者：吴丹1 王欢2 [导读] 随着战争形态和战场形势演变吴丹1 王欢2陕西中天火箭技术股份有限公司陕西西安 710500陕西中天火箭技术股份有限公司陕西西安 710500摘要：随着战争形态和战场形势演变，面对高机动目标和精准打击需求，传统制导律性能愈发难以满足使用要求[1][2]。

高性能制导律设计的本质要求为对弹上信息与目标信息进行综合，在弹目遭遇点处保证脱靶量在允许范围内，本文基于零控脱靶量思想[3][4]，设计了一种滑模制导律，并通过扩张状态观测器[5]实现了对目标机动信息和扰动的实时观测与补偿。

通过仿真对比表明，该制导律具有制导精度高、收敛时间快等特点，性能优于常用比例导引律。

制导律设计成果对工程实践具有一定的理论指导作用。

关键词：制导律；零控脱靶量；状态观测器；目标机动信息从图2可以看出，由于滑模制导律对目标机动信息进行了滤波估计和补偿，导致导弹过载全程出现较为明显的振荡现象；在比例导引律仿真中，导弹过载振荡情况与弹目距离成负相关性，导弹飞行初期过载振荡并不显著，随着弹目距离减小，导弹过载振荡情况愈发显著，在弹目遭遇点附近，导弹过载出现饱和情况。

3 结论本文设计了一种基于基于零控脱靶量和状态观测器的滑模制导律，并对其稳定性进行了证明。

通过与比例导引律的仿真结果对比表明，该制导律具有可对目标机动信息实时估计和补偿，制导精度高的优点，具有一定的工程应用价值。

制导律设计结果具有一定的在后续的研究工作中，应对制导律设计结果进行优化，降低目标机动引起的导弹过载遮振荡问题，并通过数学仿真和理论推导得到制导律各设计参数对制导精度，过载指令振荡等系能指标的影响。

4 参考文献[1] 薛丽华,范宇,宋闯. 现代导弹制导[M].北京:国防工业出版社,2013.[2] 林德福,王辉,王江,范军芳. 战术导弹自动驾驶仪设计与制导律分析[M].北京:北京理工大学出版社,2012.[3] 雷虎民,张旭,董飞垚,李炯. 零控脱靶量有限时间收敛制导律[J]. 国防科技大学学报,2015(6):136-141.[4] Tal ShimaM, Moshe Idan, OdedM.Golan. Integrated sliding mode autopilot-guidance for dual-control missiles[J]. JOURNAL OF GUIDANCE,CONTROL,AND DYNAMICS,2007(4),1081-1089.[5] 韩京清. 自抗扰控制技术[M]. 北京:国防工业出版社，2013.[6] 钱杏芳,林瑞雄,赵亚男. 导弹飞行力学[M]. 北京:北京理工大学出版社,2012.[7] Tal ShimaM, Moshe Idan, OdedM.Golan. Sliding-mode control for integrated missile autopilot guidance[J]. JOURNAL OF GUIDANCE,CONTROL,AND DYNAMICS,2006(2),250-260.[8] Tal ShimaM, Moshe Idan, OdedM.Golan. Integrated sliding mode guidance and control for a missile with on-off actuators[J]. JOURNAL OF GUIDANCE,CONTROL,AND DYNAMICS,2008(1),204-214.作者简介：（吴丹，女，汉族，宁夏回族自治区石嘴山市，1989.12，硕士，工程师，陕西中天火箭技术股份有限公司，航空宇航科学与技术；王欢，女，汉族，陕西省咸阳市，1989.10，硕士，工程师，陕西中天火箭技术股份有限公司，安全工程。

《基于多传感器信息融合的超限超载检测系统设计研究》篇一一、引言随着交通运输行业的迅猛发展，货车超限超载问题愈发突出，成为制约公路交通安全与正常运行的瓶颈之一。

针对此问题，本研究提出了基于多传感器信息融合的超限超载检测系统设计。

该系统能够实时、准确地监测车辆超限超载情况，有效提高公路运输的安全性和效率。

二、系统设计概述本系统设计以多传感器信息融合技术为核心，通过集成多种传感器设备，实现对车辆载重、尺寸、速度等多方面信息的实时采集与处理。

系统主要由传感器模块、数据处理模块、通信模块和显示模块组成。

三、传感器模块设计传感器模块是本系统的核心组成部分，主要包括重量传感器、尺寸传感器和速度传感器。

1. 重量传感器：通过压力传感技术，实时监测车辆载重情况，将载重信息转换为电信号输出。

2. 尺寸传感器：采用激光测距技术，对车辆的长、宽、高等尺寸进行测量，为超限检测提供依据。

3. 速度传感器：通过雷达或红外技术，实时监测车辆速度，为后续的数据处理提供参考。

四、数据处理模块设计数据处理模块负责接收传感器模块采集的数据，进行滤波、校正和融合处理。

1. 滤波处理：采用数字滤波技术，对原始数据进行去噪处理，提高数据的准确性。

2. 校正处理：通过校准算法，对传感器进行定期校准，确保数据的可靠性。

3. 信息融合：采用多传感器信息融合技术，将不同传感器的数据进行融合处理，提高检测的准确性和稳定性。

五、通信模块设计通信模块负责将处理后的数据传输至显示模块和上位机系统。

本系统采用无线通信技术，实现数据的实时传输。

六、显示模块设计显示模块负责将处理后的数据以直观的方式展示给用户。

本系统采用液晶显示屏，可实时显示车辆载重、尺寸、速度等信息，便于用户了解车辆超限超载情况。

七、系统实现与测试本系统采用模块化设计，便于后期维护和升级。

在系统实现过程中，需进行严格的测试与验证，确保系统的稳定性和准确性。

测试内容包括传感器精度测试、数据处理模块性能测试、通信模块传输测试等。

飞机电传操纵系统的前⽣今世B-2幽灵幽灵(Spirit)轰炸机⼀、机械式操纵系统⼈⼯操作机械操作系统⽰意图机械操纵系统最基本的飞⾏控制系统，常见于空⽓动⼒不是很强的早期飞机或现代的⼩型飞机。

这类飞控系统利⽤各种机械部件如杆、绳索、滑轮甚⾄链条将飞⾏员的操纵⼒从驾驶舱操纵装置传递到控制⾯上。

⼆、液压式操纵系统1、概述随着航空器尺⼨的增⼤和性能的提⾼，机械式飞⾏操纵系统的复杂程度和重量也⼤幅度增加，⼤⼤限制了航空器的发展。

为了克服这些限制，液压式飞⾏操纵系统出现了。

液压飞⾏操纵系统出现后，航空器的尺⼨和性能不再受驾驶员⼒量的限制，⽽只是受经济成本的限制。

液压式飞控系统由两部分组成：a、机械回路⼈⼯操作机械操作系统⽰意图机械回路连接着驾驶舱和液压回路。

如同机械式系统，机械回路也基本由各种杆、绞索、滑轮甚⾄铰链组成。

b、液压回路液压回路包含液压泵、液压管、液压阀门以及执⾏装置等。

执⾏装置通过液压泵产⽣的流体压⼒驱动飞机的各控制⾯。

⽽伺服阀则控制着执⾏装置的动作。

飞⾏员的操纵动作通过机械回路传递到液压回路中相应的伺服阀，然后液压泵驱动执⾏机构操纵飞机的各控制⾯。

液压式飞控系统见于⽼式的喷⽓运输机和⼀些⾼性能飞机。

例如安-225运输机和洛克西德公司的⿊鸟（SR-71）。

2、⼈⼯感觉反馈对于机械式飞控系统，飞⾏员经由机械装置可以感受到作⽤于飞机各个舵⾯上的⽓⼒。

这种触觉反馈增强了飞⾏安全性。

例如，在⽕神（Avro Vulcan）喷⽓轰炸机上，⼈们就利⽤⼀种弹性装置来实现这种控制反馈。

通过移动该装置的⽀点，⼈们可以使反馈⼒（对于升降舵）与空速的平⽅成正⽐。

这样，⾼速飞⾏时所需的操纵⼒量就迅速增加了。

3、机械助⼒助⼒机械操作系统⽰意图早期的飞机只是直接⼈⼯机械操纵。

随着飞机的尺⼨和速度的增加，驾驶员再直接通过钢索去拉动舵⾯感到困难，于是作为驾驶员辅助操纵装置的液压助⼒器安装在操纵系统中。

它由⼀个并联的液压作动器来增⼤驾驶员施加在操纵钢索上的作⽤⼒，⽬前液压助⼒器仍在许多飞机上使⽤。

ArduPilot 自动驾驶仪手册一、简介系统构成：1、一块ArduPilot Mega板（红色）2、一块ArduPilot Mega IMU板（红色）3、一套 MediaTek GPS 或者 uBlox GPS模块4、若干根接收机连接线及配套的插线，如果需要使用系统的自动驾驶和功能，推荐使用8通道接收机5、一套Xbee数传电台，一块Xbee数传电台与ArduPilot Mega IMU，另一块通过适配器与PC相连（提醒：因传送的数据量大，推荐配置空中速率位57600bps的数传电台，低速率数传电台将会导致严重的数据丢包现象）。

仔细阅读本手册，将有利于调试自动驾驶仪。

作为一套开源的自动驾驶仪，我们支持第三方传感器的接入，如空速计、电子罗盘等，这意味着您必须对本系统进行正确的参数设置，才能安全飞行。

二、快速入门指南（一）电路板的组装所需材料及工具：MEGA 板和IMU板各一块；板件连接插件若干；带连线的GPS模块（推荐4HZ）；烙铁；焊丝等1、焊接MEGA机IMU板上的元器件2、对应安装好两块板子之间的连接插件3、两块板子相插4、连接GPS模块之后的样子，注意：GPS模块连接在红色MEGA板子上，而非蓝色IMU板子上的接口，IMU的6芯接口用于连接诸如电子罗盘等外接传感器。

（二）如何连接1、系统连接图其中，自动驾驶仪控制通道为第八通道，利用三段开关进行模式切换。

2、安装示意图因IMU板载三轴传感器，系统安装时需充分考虑到减震，尽量使其在飞机上水平安装，且安装方向应如上图所示。

3、DIP开关的使用因为接收机和配置文件之间会存在差异，可能会导致舵机出现反向工作，这时你可以通过拨动DIP开关进行修正，而非通过复杂的参数修改进行修正。

三、编程（一）所需工具1、MINI USB数据线，用于ardupilot与PC的相连。

2、配置软件arduino，下载地址/en/Main/Software（二）如何通过arduino进行编程1、通过USB连接arduino与PC，同时根据提示安装FT232RL驱动，并记下串口号。

—142—工装设计摘 要：本文将飞机控制增稳系统中的控制律设计作为具体实例，结合围绕飞机纵向以及横向的控制律和参数的选择，通过对比无控制增稳系统的飞机运行品质，最终证明具备飞机控制增稳系统能够优化飞机运行的荷兰滚模式品质，增强飞机运行的稳定性，使飞机品质能够满足设计要求。

关键词：增稳系统；控制律；荷兰滚飞机控制增稳系统设计中的控制律分析 申晓玲 蒙 杨（中航飞机股份有限公司汉中飞机分公司设计研究院，陕西 汉中 723000）前言：当前大多数高性能飞机的飞行包线范围增加，单单通过改变飞机的外形设计无法契合其低空低速、高空高速的需求。

飞机在飞行过程中容易出现横向震荡或纵向震荡，影响飞机的操纵性。

因此，有必要在飞机操纵系统中增加自动增稳装置，提升飞机的震荡阻尼比，优化其稳定性，满足增稳系统控制律设计的目的。

1纵向控制律分析1.1要求分析针对飞机纵向控制增稳的要求主要包含以下内容：飞行品质、纵向系统功能、系统权限、使用范围等。

部分飞机的纵向控制增稳系统功能配备了多模态自动驾驶仪，该设备具备定高、俯仰状态改平、自动拉起、自动俯仰配平、俯仰状态保持等性能。

一般飞机要求控制增稳系统需要在使用包线中完成全时运行，而自动驾驶仪的使用范围会对高度和姿态角进行限制。

对飞机飞行品质分析会对纵向短周期固频率、阻尼比、操纵期望参数、单位过载杆位/杆力移梯度等因素进行限制。

不过系统控制律在设计时需要确保飞机可以满足I 级品质要求。

例如，某飞机属于双操纵，因此自动驾驶与控制增稳的控制律应确保前后舱的飞行员拥有相同操纵感觉，同时系统的控制逻辑应保障前后舱的飞行员完成协调操纵合作[1]。

1.2控制律设计1.2.1增稳设计飞机纵向控制系统中设计增稳系统控制律是关键，控制律设计品质与飞机的飞行质量、自动驾驶仪的性能密切相关。

增稳控制律也就是内回路控制律，部分飞机的外挂构型数量和种类较多，因此飞行包线大，若只设置固定参数控制律将无法契合相关要求，其中控制律参数与速压、马赫数、高度相关。

飞机倒飞供油过程试验研究王京;鲁维【摘要】负过载供油试验是歼击类飞机设计定型必须进行的科目之一.本文以某型飞机负过载供油系统为研究对象,开展负过载供油试飞,对负过载供油时间进行考核.试验结果分析表明,倒飞期间飞机工作正常,负过载作用时间达到型号研制要求.本文提出的试飞方法为其他型号飞机的负过载供油能力的鉴定考核提供了方法.【期刊名称】《工程与试验》【年(卷),期】2015(055)001【总页数】4页(P47-49,79)【关键词】负过载;倒飞;飞行试验【作者】王京;鲁维【作者单位】中国飞行试验研究院,陕西西安710089;中国飞行试验研究院,陕西西安710089【正文语种】中文【中图分类】V228.1负过载飞行会经常在飞行中出现。

飞机的某些机动飞行，如慢滚、直线急速进入俯冲、螺旋、试飞中调整自动驾驶仪及倒飞等；阵风吹袭，如在水平飞行时遇下降气流或垂直俯冲时遇水平暴风等，这些情况可能在正常平飞、机动飞行时出现，也可能在意外情况失去操纵时出现[1]。

既然负过载飞行无可避免，所以有必要开展负过载供油飞行试验研究。

燃油系统倒飞试验的目的是测定飞机允许的倒飞时间等数据，全面验证倒飞装置设计方案、检查燃油系统供油可靠性、检验是否满足飞机型号规范中规定的发动机入口处燃油流量、压力等要求，尽早暴露问题，为确保飞机飞行安全提供试验依据。

本文对某型飞机负过载供油装置进行了飞行试验研究，对负过载作用时间、供油压力和供油流量等进行了分析，为该型飞机燃油系统的设计定型和改进提供了数据。

如果供油泵工作中断，会引起发动机停车。

所以，根据不同的飞行条件，保证连续地向发动机供油，是对燃油系统供油分系统提出的最基本要求之一。

只有燃油不间断地进入供油泵中，并且供油泵正常工作，才能保证连续地向发动机供油。

而在飞行中的各种不同过载下，油箱液面位置是不断变化的。

油箱油面的位置，通过计算作用在燃油上的惯性力和重力的合力来确定。

显然，油箱的油面将垂直于这个方向。