半实物仿真技术在深弹控制系统设计中的应用.docx

半实物仿真技术在深弹控制系统设计中的应用【摘要】在深弹控制系统的设计过程中引入了半实物仿真技术（HILS）通过其较高置信度的仿真结果较真实的反映出控制系统的性能并加以改进。【关键词】半实物仿真；深弹控制系统1.引言深弹是打击潜艇的有效武器之一价格低廉可以大量使用、维护使用方便、作战方式灵活可用于浅水、深水海域的反潜作战适合直升机和固定翼飞机装载、携带、投放和使用。国外具有代表性的深弹有北约国家普遍装备的“MK11”意大利白头鱼雷公司开发的MS500深弹俄罗斯的“C-3B”无动力深弹以及90П火箭声深弹、短程有动力深弹KAB-500PL。控制系统是深弹的关键分系统之一其主要功能是根据深弹搜索与攻击目标过程中的弹道要求控制弹体使弹体按规定的弹道运动。对深弹的控制系统进行全弹道数学仿真和半实物仿真全面评价弹体控制特性以及控制特性可以为深弹控制系统设计及评价提供有力的决策依据。随着微机技术的发展和现代控制理论的进步深弹技术发展到了一个新的阶段具备自导探测、布放方式多样、精确制导能力的深弹能在现代战争中发挥重要的作用。作为深弹总体技术中的核心部分深弹控制系统有着非常重要的地位其主要功能是根据深弹在投放、搜索、导引过程中的弹道要求控制弹体是其按期望的弹道运动无论是布放的准确性或是攻击的快速性、精确性都跟控制系统的效能息息相关[1]。在深弹控制系统设计过程中面临着有两个难题：一是深弹相比较鱼雷等水中兵器其自身的攻击特性是自导作用距离短、作战距离有限因此在有限的时间内要求控制系统能快速有效的解算、执行从而确保打击精度；二是“物美价廉”的深弹研制经费相对有限如何能用有限的经费研制出高性能的深弹是考验设计人员的一个难题。2.半实物仿真仿真技术仿真技术被引入武器装备研制已经有数十年的历史在指导设计改进、验证装备性能发挥了重要的作用。HILS又名半实物仿真全称“HardwareIntheLoopSimulation”指在整个仿真回路中包含一部分硬件的仿真。与传统的纯数学仿真相比HILS在其整个系统中接入了一部分实物因此仿真结果往往具有很高的置信度；同时由于部分真实的设备、产品参与了整个仿真过程这也有助于对这部份硬件进行性能考察从而使部件能在满足系统整体性能指标的环境中得到检验。在深弹控制系统设计中引入半实物仿真可以更全面的评价深弹的控制特性为深弹控制系统设计及评价提供有力的依据可以有效的提高系统设计的可靠性和研制质量降低系统的研制周期和研制经费。3.深弹控制系统基本组成根据控制系统的功能和要求可以确定控制系统组成。控制系统主要由敏感元件、控制系统计算机、舵机控制单元、舵机及舵面组成。敏感元件进行弹体姿态参数测量；控制系统计算机根据弹体姿态、弹体速度及目标方位角、目标距离根据导引律与控制律进行操舵角解算；舵机控制单元根据控制系统计算机解算的操舵角与实际舵角进行比较并将两者的差值信号进行功率放大后控制舵机驱动舵面按要求的方向偏转至要求的位置；舵机由电机及传动机构组成主要功能是输出系统所要求的操舵力带动舵面偏转；舵面在操舵力的作用下偏转并在流体动力的作用下产生偏转力矩使弹体按预定弹道运动。随着精确制导等性能的要求越来越高深弹的控制系统也越来越复杂控制系统包含控制电路、执行机构、敏感元件等。控制电路根据弹体自身的姿态以及目标的方位、距离进行操舵舵角解算；执行机构根据控制电路解算的操舵舵角和实际的姿态进行闭环控制使弹体偏转向正对目标；敏感元件则获取弹体的姿态参数。深弹弹道控制系统工作原理框图如图1所示。弹道控制系统包括惯测系统、稳定控制系统和制导控制系统等组成。其中惯测系统完成航空自导深弹工作过程中运动学信息的测量和解算；稳定控制系统利用角速度（或弹道航向角度变化率）的反馈通过操纵舵面实现对航空自导深弹的姿态稳定控制；而制导系统则利用初始目标信息和航空自导深弹惯测系统进行综合形成导引指令通过稳定控制系统实现对航空自导深弹攻击弹道的修正最终使航空自导深弹基本按理论弹道航行并满足导引精度要求。4.半实物仿真组成控制仿真系统必须能满足如下要求或功能：1）构成深弹控制系统分布式硬件在回路仿真和测试平台；2）能够进行弹体水动力特性的数字仿真分析包括完整的动力学、运动学模型、稳定性分析、机动性分析等；3）能够进行深弹弹道的分析计算在任意的弹道冻结点建立三通道稳定控制回路传递函数或状态方程模型并计算稳定性、时域响应特性、频率响应特性等；4）能够进行深弹控制系统的数字仿真实验；HILS一般由3部分构成：①仿真计算机用来进行动力模型的