本發(fā)明涉及一種彈藥上舵機(jī)的控制系統(tǒng)及方法，具體涉及一種三位繼電式舵機(jī)的容錯(cuò)控制系統(tǒng)及控制方法。

背景技術(shù)：

執(zhí)行機(jī)構(gòu)是彈藥姿態(tài)控制系統(tǒng)的重要組成部分，尤其是導(dǎo)彈姿態(tài)控制系統(tǒng)的重要組成部分，由于長(zhǎng)時(shí)間的儲(chǔ)存引起的性能退化或者在飛行過程中的劇烈震動(dòng)都有可能引起執(zhí)行機(jī)構(gòu)故障，這些故障能夠引起導(dǎo)彈姿態(tài)控制系統(tǒng)的性能退化，甚至引起飛行姿態(tài)失穩(wěn)而自毀。目前尚無良好的應(yīng)對(duì)措施，主要是通過飛前檢查仿真來杜絕安全隱患，一旦在飛行過程中發(fā)生意外，往往就放棄掉發(fā)生意外的彈藥了，通過數(shù)量來彌補(bǔ)質(zhì)量的不足；容錯(cuò)控制是提高姿態(tài)控制系統(tǒng)可靠性的重要手段，因此，對(duì)導(dǎo)彈執(zhí)行機(jī)構(gòu)故障進(jìn)行容錯(cuò)控制，以提高導(dǎo)彈姿態(tài)控制系統(tǒng)的可靠性是十分必要的。容錯(cuò)控制的目標(biāo)是使重構(gòu)后的系統(tǒng)性能盡量接近原系統(tǒng)，優(yōu)點(diǎn)是可以充分利用系統(tǒng)中各部件的冗余關(guān)系，實(shí)現(xiàn)故障下的最優(yōu)控制。

目前一般彈藥上的執(zhí)行機(jī)構(gòu)都包括兩對(duì)舵，當(dāng)其中一對(duì)舵無法正常工作時(shí)，可以通過控制改變另外一對(duì)舵的工作狀態(tài)來彌補(bǔ)可能造成的偏差，使得執(zhí)行機(jī)構(gòu)所產(chǎn)出的力矩接近期望值，從而實(shí)現(xiàn)容錯(cuò)控制。

由于上述原因，本發(fā)明人對(duì)現(xiàn)有的舵機(jī)控制系統(tǒng)及方法做了深入研究，以便設(shè)計(jì)出一種能夠解決上述問題的控制系統(tǒng)及方法。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

為了克服上述問題，本發(fā)明人進(jìn)行了銳意研究，設(shè)計(jì)出一種容錯(cuò)控制系統(tǒng)，其設(shè)置在低速滾轉(zhuǎn)的末制導(dǎo)彈藥上，所述容錯(cuò)控制系統(tǒng)用于接收彈藥上的制導(dǎo)指令信息，并根據(jù)該信息控制舵機(jī)及其上的舵片工作，進(jìn)而控制彈藥的運(yùn)動(dòng)姿態(tài)，其中，所述容錯(cuò)控制系統(tǒng)包括舵片監(jiān)測(cè)模塊，其用于監(jiān)測(cè)舵機(jī)上舵片的工作狀態(tài)，并分析舵片是否能夠正常工作，并根據(jù)其舵片的工作狀態(tài)通知舵機(jī)指令計(jì)算模塊選用不同的計(jì)算方法計(jì)算獲得舵機(jī)指令，從而對(duì)舵機(jī)進(jìn)行控制，即使舵機(jī)中的一對(duì)舵無法工作，舵機(jī)也能基本實(shí)現(xiàn)控制作業(yè)，使得彈藥能夠基本命中目標(biāo)，從而完成本發(fā)明。

具體來說，本發(fā)明的目的在于提供以下方面：

(1)一種三位繼電式舵機(jī)的容錯(cuò)控制系統(tǒng)，所述容錯(cuò)控制系統(tǒng)設(shè)置在低速滾轉(zhuǎn)的末制導(dǎo)彈藥上，所述容錯(cuò)控制系統(tǒng)用于接收彈藥上的制導(dǎo)指令信息，并根據(jù)該信息控制舵機(jī)及其上的舵片工作，進(jìn)而控制彈藥的運(yùn)動(dòng)姿態(tài)，其特征在于，該系統(tǒng)包括：

舵片監(jiān)測(cè)模塊001，其用于監(jiān)測(cè)舵機(jī)上舵片的工作狀態(tài)，并將舵片的工作狀態(tài)信息傳遞至舵機(jī)指令計(jì)算模塊002，其中，所述舵片的工作狀態(tài)信息包括舵片工作正常和舵片工作不正常；；

舵機(jī)指令計(jì)算模塊002，其用于接收制導(dǎo)指令信息和舵片的工作狀態(tài)信息，并根據(jù)接收到的信息計(jì)算獲得舵機(jī)指令，所述舵機(jī)指令包括彈藥每旋轉(zhuǎn)一周，彈藥上每對(duì)舵片的工作角度；

陀螺信號(hào)接收模塊003，其用于接收陀螺信號(hào)，根據(jù)接收到的陀螺信號(hào)計(jì)算獲得舵機(jī)位置信息和彈體旋轉(zhuǎn)周期信息，并將獲得的舵機(jī)位置信息和彈體旋轉(zhuǎn)周期信息傳輸至起控時(shí)間計(jì)算模塊004；和

起控時(shí)間計(jì)算模塊004，其用于接收舵機(jī)位置信息、彈體旋轉(zhuǎn)周期信息和舵機(jī)指令信息，并根據(jù)接收到的信息計(jì)算獲得舵機(jī)起控時(shí)間和工作時(shí)間長(zhǎng)度。

(2)根據(jù)上述(1)所述的三位繼電式舵機(jī)的容錯(cuò)控制系統(tǒng)，其特征在于，當(dāng)所述舵片監(jiān)測(cè)模塊001傳遞出的工作狀態(tài)信息包括舵機(jī)上兩對(duì)舵片都工作正常時(shí)，彈藥每旋轉(zhuǎn)一周，舵片打舵3次；當(dāng)所述舵片監(jiān)測(cè)模塊001傳遞出的工作狀態(tài)信息包括舵機(jī)上的兩對(duì)舵片中一對(duì)舵片工作正常，另一對(duì)舵片工作不正常時(shí)，彈藥每旋轉(zhuǎn)一周，舵片打舵2次。

(3)根據(jù)上述(2)所述的三位繼電式舵機(jī)的容錯(cuò)控制系統(tǒng)，其特征在于，所述舵機(jī)上的兩對(duì)舵片交替打舵工作。

(4)根據(jù)上述(3)所述的三位繼電式舵機(jī)的容錯(cuò)控制系統(tǒng)，其特征在于，所述打舵是指任意一對(duì)舵片執(zhí)行偏轉(zhuǎn)預(yù)設(shè)角度，并在預(yù)設(shè)時(shí)間后回復(fù)原位的工作過程，其中所述預(yù)設(shè)角度優(yōu)選為每次打舵的舵片工作角度，所述預(yù)設(shè)時(shí)間優(yōu)選為每次打舵的工作時(shí)間長(zhǎng)度。

(5)根據(jù)上述(2)所述的三位繼電式舵機(jī)的容錯(cuò)控制系統(tǒng)，其特征在于，當(dāng)兩對(duì)舵片都能正常工作時(shí)，舵機(jī)指令計(jì)算模塊002通過下式(一)、(二)、(三)獲得每次打舵的舵片工作角度，

其中，和分別表示在彈藥旋轉(zhuǎn)一周的過程中第一次打舵時(shí)的舵片工作角度、第二次打舵時(shí)的舵片工作角度和第三次打舵時(shí)的舵片工作角度；δ1表示在彈藥旋轉(zhuǎn)一周的過程中第一次打舵時(shí)舵機(jī)的等效舵偏角，δ2表示在彈藥旋轉(zhuǎn)一周的過程中第二次打舵時(shí)舵機(jī)的等效舵偏角，δ3表示在彈藥旋轉(zhuǎn)一周的過程中第三次打舵時(shí)舵機(jī)的等效舵偏角；其中，δ有效表示有效舵偏角指令。

(6)根據(jù)上述(5)所述的三位繼電式舵機(jī)的容錯(cuò)控制系統(tǒng)，其特征在于，起控時(shí)間計(jì)算模塊004通過下式(四)、(五)、(六)獲得每次打舵的工作時(shí)間長(zhǎng)度，

其中，代表彈體的旋轉(zhuǎn)周期，n代表彈藥的實(shí)時(shí)轉(zhuǎn)速，t1表示在彈藥旋轉(zhuǎn)一周的過程中第一次打舵的工作時(shí)間長(zhǎng)度，t2表示在彈藥旋轉(zhuǎn)一周的過程中第二次打舵的工作時(shí)間長(zhǎng)度，t3表示在彈藥旋轉(zhuǎn)一周的過程中第三次打舵的工作時(shí)間長(zhǎng)度；

通過下式(七)、(八)、(九)獲得每次打舵的舵機(jī)起控時(shí)間；

其中，t1、t1、t1分別表示在彈藥旋轉(zhuǎn)一周的過程中第一次打舵的舵機(jī)起控時(shí)間、第二次打舵的舵機(jī)起控時(shí)間和第三次打舵的舵機(jī)起控時(shí)間；分別表示上一周期的彈體在舵機(jī)三個(gè)位置時(shí)的時(shí)刻。

(7)根據(jù)上述(2)所述的三位繼電式舵機(jī)的容錯(cuò)控制系統(tǒng)，其特征在于，當(dāng)兩對(duì)舵片中一對(duì)能夠正常工作，另一對(duì)不能正常工作時(shí)，舵機(jī)指令計(jì)算模塊002通過下式(十)、(十一)獲得每次打舵的舵片工作角度，

其中，δ有效表示有效的舵偏角指令。

(8)根據(jù)上述(7)所述的三位繼電式舵機(jī)的容錯(cuò)控制系統(tǒng)，其特征在于，起控時(shí)間計(jì)算模塊004通過下式(十二)、(十三)獲得每次打舵的工作時(shí)間長(zhǎng)度，

通過下式(十四)、(十五)獲得每次打舵的舵機(jī)起控時(shí)間；

(9)一種三位繼電式舵機(jī)的容錯(cuò)控制方法，其特征在于，該方法是通過如上述(1)～(8)所述的三位繼電式舵機(jī)的容錯(cuò)控制系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)的。

根據(jù)本發(fā)明提供的控制系統(tǒng)的有益效果在于能夠在一對(duì)舵片突然失靈的情況下及時(shí)調(diào)整控制方式，而不是按照預(yù)定的方式繼續(xù)制導(dǎo)，從而基本能夠通過一對(duì)舵機(jī)實(shí)現(xiàn)兩對(duì)舵機(jī)的控制作業(yè)，不至于因?yàn)橐粚?duì)舵片失靈而使得彈藥偏離目標(biāo)過遠(yuǎn)，最終能夠使得彈藥基本命中目標(biāo)。

附圖說明

圖1示出根據(jù)本發(fā)明一種優(yōu)選實(shí)施方式的三位繼電式舵機(jī)的容錯(cuò)控制系統(tǒng)整體結(jié)構(gòu)示意圖；

圖2示出根據(jù)本發(fā)明一種優(yōu)選實(shí)施方式的三位繼電式舵機(jī)的容錯(cuò)控制系統(tǒng)工作流程圖；

圖3示出pwm舵指令示意圖；

圖4示出末制導(dǎo)炮彈后視圖；

圖5示出滾轉(zhuǎn)彈控制力示意圖；

圖6示出目標(biāo)1g機(jī)動(dòng)時(shí)脫靶量；

圖7示出目標(biāo)2g機(jī)動(dòng)時(shí)脫靶量。

附圖標(biāo)號(hào)說明：

001-舵片監(jiān)測(cè)模塊

002-舵機(jī)指令計(jì)算模塊

003-陀螺信號(hào)接收模塊

004-起控時(shí)間計(jì)算模塊

具體實(shí)施方式

下面通過附圖和實(shí)施例對(duì)本發(fā)明進(jìn)一步詳細(xì)說明。通過這些說明，本發(fā)明的特點(diǎn)和優(yōu)點(diǎn)將變得更為清楚明確。

在這里專用的詞“示例性”意為“用作例子、實(shí)施例或說明性”。這里作為“示例性”所說明的任何實(shí)施例不必解釋為優(yōu)于或好于其它實(shí)施例。盡管在附圖中示出了實(shí)施例的各種方面，但是除非特別指出，不必按比例繪制附圖。

由于末制導(dǎo)炮彈屬于低速滾轉(zhuǎn)彈，采用雙通道控制的三位繼電式舵機(jī)，三位繼電式舵機(jī)的脈寬調(diào)制(pwm)指令有三種狀態(tài)，分別對(duì)應(yīng)的舵偏角為-δmax、0和δmax。在每個(gè)調(diào)制周期的初始時(shí)刻，pwm指令系統(tǒng)對(duì)模擬指令進(jìn)行采樣，根據(jù)指令極性和大小計(jì)算pwm指令的寬度并生成中心時(shí)刻固定極性相同的pwm指令，如圖3所示，pwm周期為tc，其指令中心時(shí)刻為τ。0～t1為舵機(jī)工作時(shí)段，td為pwm指令寬度，由指令系統(tǒng)計(jì)算得到，最大pwm寬度為t1；t1～tc為舵機(jī)休整時(shí)段，該時(shí)段長(zhǎng)度應(yīng)大于舵機(jī)遲滯時(shí)間的兩倍，在此期間舵偏角保持為零；

末制導(dǎo)彈藥采用的繼電式舵機(jī)對(duì)應(yīng)于正/負(fù)/零的輸入信號(hào)，可以輸出+5°/-5°/0°的舵擺角，舵翼的工作狀態(tài)是在舵擺角的三個(gè)工作狀態(tài)做往復(fù)運(yùn)動(dòng)，其在各個(gè)工作狀態(tài)所停留時(shí)間的長(zhǎng)短由制導(dǎo)與控制系統(tǒng)的指令信號(hào)控制，從而產(chǎn)生平均控制力以操縱彈藥機(jī)動(dòng)，從而實(shí)現(xiàn)了對(duì)于彈藥的線性比例控制；其中，具體的控制作業(yè)是通過舵機(jī)控制舵片實(shí)現(xiàn)的，而當(dāng)一部分舵片因故無法工作時(shí)，舵機(jī)需要控制剩余的舵片采用另外的控制方案進(jìn)行工作，以達(dá)到相同或近似的控制效果。

具體來說，如圖1和圖2中所示，根據(jù)本發(fā)明提供的一種三位繼電式舵機(jī)的容錯(cuò)控制系統(tǒng)，所述容錯(cuò)控制系統(tǒng)設(shè)置在低速滾轉(zhuǎn)的末制導(dǎo)彈藥上，所述容錯(cuò)控制系統(tǒng)用于接收彈藥上的制導(dǎo)指令信息，并根據(jù)該信息控制舵機(jī)及其上的舵片工作，進(jìn)而控制彈藥的運(yùn)動(dòng)姿態(tài)，該系統(tǒng)包括：

舵片監(jiān)測(cè)模塊001，其用于監(jiān)測(cè)舵機(jī)上舵片的工作狀態(tài)，并將舵片的工作狀態(tài)信息傳遞至舵機(jī)指令計(jì)算模塊002，其中，所述舵片的工作狀態(tài)信息包括舵片工作正常和舵片工作不正常；

舵機(jī)指令計(jì)算模塊002，其用于接收制導(dǎo)指令信息和舵片的工作狀態(tài)信息，并根據(jù)接收到的信息計(jì)算獲得舵機(jī)指令，所述舵機(jī)指令包括彈藥每旋轉(zhuǎn)一周，彈藥上每對(duì)舵片的工作角度；

陀螺信號(hào)接收模塊003，其用于接收陀螺信號(hào)，根據(jù)接收到的陀螺信號(hào)計(jì)算獲得舵機(jī)位置信息和彈體旋轉(zhuǎn)周期信息，并將獲得的舵機(jī)位置信息和彈體旋轉(zhuǎn)周期信息傳輸至起控時(shí)間計(jì)算模塊004；

起控時(shí)間計(jì)算模塊004，其用于接收舵機(jī)位置信息、彈體旋轉(zhuǎn)周期信息和舵機(jī)指令信息，并根據(jù)接收到的信息計(jì)算獲得舵機(jī)起控時(shí)間和工作時(shí)間長(zhǎng)度。

其中，所述舵片監(jiān)測(cè)模塊001包括舵偏角傳感器，其用于檢測(cè)舵機(jī)的打舵角度，并比較該角度是否正確，并反饋兩種狀態(tài)信息，其一為舵機(jī)工作正常，其二是舵機(jī)工作不正常，所述舵機(jī)工作不正常包括舵機(jī)打舵角度不正確和不打舵的情況等。

所述舵機(jī)指令計(jì)算模塊002接收到的制導(dǎo)指令信息是由彈藥上的控制系統(tǒng)發(fā)出的，所述控制系統(tǒng)通過測(cè)量元件獲知彈藥的當(dāng)前位置信息、速度信息、角度信息及目標(biāo)位置信息等，并據(jù)此測(cè)算出為了命中目標(biāo)彈藥需要調(diào)整的方向角度，如需要在俯仰方向調(diào)整預(yù)定角度，在偏航方向調(diào)整預(yù)定角度，所述制導(dǎo)指令信息即包括所述需要調(diào)整的方向角度。

在一個(gè)優(yōu)選的實(shí)施方式中，當(dāng)所述舵片監(jiān)測(cè)模塊001傳遞出的工作狀態(tài)信息包括舵機(jī)上兩對(duì)舵片都工作正常時(shí)，彈藥每旋轉(zhuǎn)一周，舵片打舵3次；當(dāng)所述舵片監(jiān)測(cè)模塊001傳遞出的工作狀態(tài)信息包括舵機(jī)上兩對(duì)舵片中一對(duì)工作正常，另一對(duì)工作不正常時(shí)，彈藥每旋轉(zhuǎn)一周，舵片打舵2次；其中，所述舵機(jī)上的兩對(duì)舵片交替打舵工作，所述打舵是指任意一對(duì)舵片執(zhí)行偏轉(zhuǎn)預(yù)設(shè)角度，并在預(yù)設(shè)時(shí)間后回復(fù)原位的工作過程，其中所述預(yù)設(shè)角度優(yōu)選為每次打舵的舵片工作角度，所述預(yù)設(shè)時(shí)間優(yōu)選為每次打舵的工作時(shí)間長(zhǎng)度。

具體來說，當(dāng)彈體坐標(biāo)系與準(zhǔn)彈體坐標(biāo)系重合時(shí)，末制導(dǎo)炮彈后視圖如圖4中所示。炮彈沿順時(shí)針旋轉(zhuǎn)，四片舵機(jī)沿彈體方向按照逆時(shí)針順序呈1-2-3-4順序分布。其中，(1-3)舵為一對(duì)同動(dòng)舵，定義在如圖4中所示兩坐標(biāo)系重合位置打正舵時(shí)產(chǎn)生oy4方向的力，負(fù)舵反之；(2-4)舵為一對(duì)同動(dòng)舵，定義在如圖所示兩坐標(biāo)系重合位置打正舵產(chǎn)生負(fù)oz4方向的力；

由繼電式舵機(jī)的工作原理可知，由于炮彈滾轉(zhuǎn)時(shí)繼電式舵機(jī)產(chǎn)生的控制力f是作用在與所需控制方向?yàn)橹行牡囊欢▍^(qū)域內(nèi)的，所以肯定存在舵控制力不完全在所需方向的效率問題，假設(shè)需要彈體產(chǎn)生慣性空間內(nèi)向上的控制力，則炮彈的控制力作用如圖5所示，圖5中，炮彈的滾轉(zhuǎn)角γ由-90°～+90°變化的半周內(nèi)，控制力的作用范圍為(舵機(jī)舵擺角為+5°)，在其余位置舵機(jī)的舵擺角為0°，即不產(chǎn)生控制力。在γ的變化范圍內(nèi)，控制力占空比為：

當(dāng)考慮由于方向不正確使控制力效率有所降低，則此時(shí)舵機(jī)在作用時(shí)間內(nèi)所產(chǎn)生的平均控制力為：

式中，r為彈體半徑，定義效率系數(shù)為則當(dāng)炮彈滾轉(zhuǎn)-90°～+90°時(shí)，總的平均力為：

則可將舵機(jī)固定+5°舵擺角工作產(chǎn)生的平均作用力等效看作有效舵轉(zhuǎn)角工作一周(2π)產(chǎn)生的同等的作用力，其有效舵轉(zhuǎn)角的表達(dá)式為：

在一個(gè)優(yōu)選的實(shí)施方式中，當(dāng)兩對(duì)舵片都工作正常時(shí)，舵機(jī)指令計(jì)算模塊002通過下式(一)、(二)、(三)獲得每次打舵的舵片工作角度，

其中，表示在彈藥旋轉(zhuǎn)一周的過程中第一次打舵時(shí)的舵片工作角度、表示在彈藥旋轉(zhuǎn)一周的過程中第二次打舵時(shí)的舵片工作角度，表示在彈藥旋轉(zhuǎn)一周的過程中第三次打舵時(shí)的舵片工作角度；δ1表示在彈藥旋轉(zhuǎn)一周的過程中第一次打舵時(shí)舵機(jī)的等效舵偏角，δ2表示在彈藥旋轉(zhuǎn)一周的過程中第二次打舵時(shí)舵機(jī)的等效舵偏角，δ3表示在彈藥旋轉(zhuǎn)一周的過程中第三次打舵時(shí)舵機(jī)的等效舵偏角，其中，δ有效表示由導(dǎo)引頭測(cè)量得到的進(jìn)動(dòng)角速度轉(zhuǎn)換得到的有效舵轉(zhuǎn)角指令，簡(jiǎn)稱為有效舵偏角指令。

據(jù)末制導(dǎo)炮彈末端比例導(dǎo)引制導(dǎo)工作原理，可得有效舵轉(zhuǎn)角指令δ有效與導(dǎo)引頭進(jìn)動(dòng)角速度的關(guān)系可得，式中kδ為舵轉(zhuǎn)角指令利用系數(shù)，得到由導(dǎo)引頭進(jìn)動(dòng)角速度引起的有效舵轉(zhuǎn)角指令，如下式所示，

其中，表示導(dǎo)引頭進(jìn)動(dòng)角速度，是由導(dǎo)引頭測(cè)量得到的

在一個(gè)優(yōu)選的實(shí)施方式中，起控時(shí)間計(jì)算模塊004通過下式(四)、(五)、(六)獲得每次打舵的工作時(shí)間長(zhǎng)度，

其中，其表示彈體的旋轉(zhuǎn)周期，其中n表示彈藥的實(shí)時(shí)轉(zhuǎn)速，t1表示在彈藥旋轉(zhuǎn)一周的過程中第一次打舵的工作時(shí)間長(zhǎng)度，t2表示在彈藥旋轉(zhuǎn)一周的過程中第二次打舵的工作時(shí)間長(zhǎng)度，t3表示在彈藥旋轉(zhuǎn)一周的過程中第三次打舵的工作時(shí)間長(zhǎng)度；

優(yōu)選地，通過下式(七)、(八)、(九)獲得每次打舵的舵機(jī)起控時(shí)間；

其中，t1表示在彈藥旋轉(zhuǎn)一周的過程中第一次打舵的舵機(jī)起控時(shí)間，、t2表示在彈藥旋轉(zhuǎn)一周的過程中第二次打舵的舵機(jī)起控時(shí)間，t3表示在彈藥旋轉(zhuǎn)一周的過程中第三次打舵的舵機(jī)起控時(shí)間；表示上一周期的彈體在舵機(jī)第一次打舵位置時(shí)的時(shí)刻，表示上一周期的彈體在舵機(jī)第二次打舵位置時(shí)的時(shí)刻，表示上一周期的彈體在舵機(jī)第三次打舵位置時(shí)的時(shí)刻。當(dāng)彈藥轉(zhuǎn)速6.6r/s時(shí)，末制導(dǎo)炮彈滾轉(zhuǎn)周期約150ms，激光目標(biāo)指示器發(fā)射的激光信號(hào)為周期50ms，正好將一個(gè)滾轉(zhuǎn)周期均分為3份，所以，第一次打舵的中心位置為滾轉(zhuǎn)角0度，第二次打舵的中心位置為滾轉(zhuǎn)角120度，第三次打舵的中心位置為滾轉(zhuǎn)角240度。

在末制導(dǎo)炮彈末制導(dǎo)過程中，激光目標(biāo)指示器發(fā)射的激光信號(hào)為周期50ms，占空比為4:1的離散信號(hào)，一個(gè)周期內(nèi)，舵機(jī)工作最大時(shí)間為40ms，則舵機(jī)最大占空比為40/50＝0.8，而末制導(dǎo)炮彈在沒有干擾情況下，末制導(dǎo)段的滾轉(zhuǎn)速率基本穩(wěn)定在6.6轉(zhuǎn)/秒，則一個(gè)周期內(nèi)舵機(jī)最大工作角度為40ms×6.6×360°≈96°，根據(jù)前面計(jì)算末制導(dǎo)炮彈有效舵轉(zhuǎn)角時(shí)的公式可得其效率系數(shù)為：

則舵機(jī)工作的有效占空比為：0.89×0.8＝0.712；

對(duì)應(yīng)一個(gè)周期內(nèi)單軸舵機(jī)工作的最大有效舵轉(zhuǎn)角為：

δ′max＝5°×0.712＝3.56°

炮彈滾轉(zhuǎn)一周時(shí)間為1/6.6≈150ms。末制導(dǎo)炮彈在接受到目標(biāo)反射激光指示器信號(hào)后舵機(jī)工作，則炮彈滾轉(zhuǎn)一周舵機(jī)可工作150/50＝3次。

由于末制導(dǎo)炮彈具有兩對(duì)互相垂直方向的舵機(jī)，可通過兩對(duì)舵機(jī)工作，產(chǎn)生所需合力。通過分析炮彈滾轉(zhuǎn)一周舵機(jī)的工作情況，得到舵機(jī)的平均最大有效舵轉(zhuǎn)角。

假設(shè)舵機(jī)需產(chǎn)生的過載方向向上，在炮彈滾轉(zhuǎn)一周之內(nèi)，工作三次，三次產(chǎn)生的方向向上的有效舵轉(zhuǎn)角分別最大為：

則彈體滾轉(zhuǎn)一周其最大平均有效舵轉(zhuǎn)角為：

在末制導(dǎo)炮彈比例導(dǎo)引末制導(dǎo)段，計(jì)算有效舵轉(zhuǎn)角為彈體滾轉(zhuǎn)一周舵機(jī)工作積分的平均值，故其最大值不應(yīng)超過4.58°，舵機(jī)的有效舵轉(zhuǎn)角非線性飽和閥值為±4.58°。

在一個(gè)優(yōu)選的實(shí)施方式中，當(dāng)所述舵偏角傳感器檢測(cè)到舵機(jī)出現(xiàn)故障后，末制導(dǎo)炮彈只有一對(duì)舵工作，同時(shí)控制俯仰和偏航。另一對(duì)舵機(jī)卡死在某一位置，由于末制導(dǎo)炮彈的滾轉(zhuǎn)特性，在滾轉(zhuǎn)周期內(nèi)，舵機(jī)產(chǎn)生的等效力為零。通過分析炮彈滾轉(zhuǎn)一周舵機(jī)的工作情況，得到舵機(jī)的平均最大有效舵轉(zhuǎn)角；

具體來說，當(dāng)兩對(duì)舵片中一對(duì)工作正常，另一對(duì)工作不正常時(shí)，舵機(jī)指令計(jì)算模塊002通過下式(十)、(十一)獲得每次打舵的舵片工作角度，

優(yōu)選地，起控時(shí)間計(jì)算模塊004通過下式(十二)、(十三)獲得每次打舵的工作時(shí)間長(zhǎng)度，

通過下式(十四)、(十五)獲得每次打舵的舵機(jī)起控時(shí)間；

假設(shè)舵機(jī)需產(chǎn)生的過載方向向上，在炮彈滾轉(zhuǎn)一周之內(nèi)，工作兩次，兩次產(chǎn)生的方向向上的有效舵轉(zhuǎn)角分別最大為：

則彈體滾轉(zhuǎn)一周其最大平均有效舵轉(zhuǎn)角為：

在末制導(dǎo)炮彈比例導(dǎo)引末制導(dǎo)段，計(jì)算有效舵轉(zhuǎn)角為彈體滾轉(zhuǎn)一周舵機(jī)工作積分的平均值，故其最大值不應(yīng)超過3.56°，舵機(jī)的有效舵轉(zhuǎn)角非線性飽和閥值為3.56°。

當(dāng)兩對(duì)舵機(jī)同時(shí)工作時(shí)，炮彈滾轉(zhuǎn)一周，舵機(jī)的平均最大有效舵轉(zhuǎn)角4.58°時(shí)，末制導(dǎo)炮彈最大可用法向過載nmax＝2.51g；

當(dāng)一對(duì)舵機(jī)工作時(shí)，炮彈滾轉(zhuǎn)一周，舵機(jī)的平均最大有效舵轉(zhuǎn)角3.56°時(shí)，末制導(dǎo)炮彈最大可用法向過載nmax＝1.95g；

具體來說：

末制導(dǎo)炮彈在末制導(dǎo)段，末制導(dǎo)炮彈的氣動(dòng)力系數(shù)變化不大，則通過最大平衡攻角αb可求得：在末制導(dǎo)段的最大升力：

最大可用法向過載：

結(jié)合末制導(dǎo)炮彈飛行彈道及大氣參數(shù)，可求得末制導(dǎo)炮彈最大可用法向過載：質(zhì)量m＝50.8kg，參考面積s＝0.01815m²，大氣密度ρ＝1.16kg/m³；

末制導(dǎo)段速度變化不大，取v＝220m/s，升力系數(shù)對(duì)攻角的偏導(dǎo)數(shù)升力系數(shù)對(duì)舵偏角的偏導(dǎo)數(shù)攻角與舵轉(zhuǎn)角之間的比例系數(shù)a＝2，α＝a×δ；

當(dāng)兩對(duì)舵機(jī)同時(shí)工作時(shí)，炮彈滾轉(zhuǎn)一周，舵機(jī)的平均最大有效舵轉(zhuǎn)角4.58°時(shí)，求得末制導(dǎo)炮彈最大可用法向過載nmax＝2.51g；

當(dāng)一對(duì)舵機(jī)工作時(shí)，炮彈滾轉(zhuǎn)一周，舵機(jī)的平均最大有效舵轉(zhuǎn)角3.56°時(shí)，求得末制導(dǎo)炮彈最大可用法向過載nmax＝1.95g。

即，當(dāng)目標(biāo)1g加速度機(jī)動(dòng)時(shí)，在保證末制導(dǎo)時(shí)間夠長(zhǎng)的情況下，脫靶量為零；當(dāng)目標(biāo)2g加速度機(jī)動(dòng)時(shí)，在保證末制導(dǎo)時(shí)間夠長(zhǎng)的情況下，兩對(duì)舵工作時(shí)脫靶量為零，一對(duì)舵工作時(shí)脫靶量不為零。

通過模擬仿真對(duì)控制舵機(jī)數(shù)量和目標(biāo)機(jī)動(dòng)不同時(shí)脫靶量的變化情況，獲得目標(biāo)1g機(jī)動(dòng)時(shí)脫靶量和目標(biāo)2g機(jī)動(dòng)時(shí)脫靶量，如圖6和圖7中所示，其中當(dāng)目標(biāo)1g加速度機(jī)動(dòng)時(shí)，在保證末制導(dǎo)時(shí)間夠長(zhǎng)的情況下，脫靶量為零；當(dāng)目標(biāo)2g加速度機(jī)動(dòng)時(shí)，在保證末制導(dǎo)時(shí)間夠長(zhǎng)的情況下，兩對(duì)舵工作時(shí)脫靶量為零，一對(duì)舵工作時(shí)脫靶量不為零，從而可知當(dāng)一對(duì)舵機(jī)出現(xiàn)故障后，通過改變控制方法，利用一對(duì)舵機(jī)可以基本實(shí)現(xiàn)對(duì)末制導(dǎo)炮彈的控制。

根據(jù)本發(fā)明提供的一種三位繼電式舵機(jī)的容錯(cuò)控制方法，其特征在于，該方法是通過如上述文所述的三位繼電式舵機(jī)的容錯(cuò)控制系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)的。

以上結(jié)合了優(yōu)選的實(shí)施方式對(duì)本發(fā)明進(jìn)行了說明，不過這些實(shí)施方式僅是范例性的，僅起到說明性的作用。在此基礎(chǔ)上，可以對(duì)本發(fā)明進(jìn)行多種替換和改進(jìn)，這些均落入本發(fā)明的保護(hù)范圍內(nèi)。