伴随巡飞弹这一新型**系统的快速发展，巡飞弹载光电载荷设计过程中关于小型化、轻量化、抗过载等多种要求的设计矛盾日益突出。为解决巡飞弹载光电系统小型化轻量化前提下的高效承载问题，建立了一种基于拓扑优化的巡飞弹载光电关键结构设计方法。该方法以结构低阶模态频率和过载工况下的结构柔顺度为设计约束，以质量最小为目标，建立了基于变密度法的拓扑优化设计模型，进而利用Altair HyperWorks软件求解得到关键结构的拓扑布局方案，之后综合弹载光电系统功能要求和零件加工工艺等要求，利用UG软件对拓扑优化结果进行几何模型重构并开展校核分析，最终完成关键结构的优化设计方案。在应用算例中，首先对某巡飞弹载光电关键结构零件光具座的经验设计方案进行了分析，然后利用该拓扑优化设计方法，在主要力学性能保持不变甚至部分性能有所提升的前提下，将该光具座结构成功减重22.4%，有效提高了该巡飞弹载光电系统的轻量化水平和结构承载效能，满足了系统设计要求，同时也表明了该优化设计方法的有效性和实用性,具有良好的推广性。
拓扑优化 巡飞弹 光电系统 光具座 topology optimization loitering munition electro-optic systems optical bench 红外与激光工程
2023, 52(5): 20220767
针对近程巡飞弹纵向控制系统设计中存在系统模型的非线性、不确定性、耦合性等问题, 引入了自抗扰控制(ADRC)方法。介绍了ADRC的结构、原理、算法实现及参数整定规则, 设计具有解耦抗干扰能力的ADRC。针对扩张状态观测器线性区间宽度参数较小时出现的震颤现象和控制性能降低的问题, 提出了一种改进非线性函数的方法, 设计了纵向运动控制系统。在Simulink平台下进行仿真实验, 仿真结果表明, 提出的改进方法有效解决了震颤问题, 增强了控制器性能, 设计的改进自抗扰纵向巡飞控制系统具有良好的控制性能, 验证了该改进方法及控制系统的合理性。
自抗扰控制 姿态控制 巡飞弹 抗干扰 ADRC attitude control loitering missile Simulink Simulink anti-jamming capability
1 军械工程学院 无人机工程系, 河北 石家庄 050003
2 清华大学 精密仪器系, 北京 100084
3 军械工程学院 弹药工程系, 河北 石家庄 050003
为了解决巡飞弹空中上电后在无参考姿态条件下的初始姿态确定问题, 采用低成本磁力计、陀螺仪和加速度计(MARG)传感器设计姿态航向参考系统(AHRS), 并提出了一种自适应参考矢量权重的快速初始姿态估计(AFCF)算法。首先, 提出了三轴传感器使用前的快速误差校准方法; 然后, 采用快速互补滤波算法进行姿态估计, 分析了其权重函数对于初始姿态估计及收敛性等的影响; 接着, 提出自适应参考矢量权重及自适应姿态估计方法; 最后, 利用高精度MTI(Milliren Technologies,Inc)传感器数据对算法进行了验证, 并在低成本MARG姿态航向参考系统中对算法进行了实现, 对比了改进算法及扩展卡尔曼滤波(EKF)算法的性能。实验结果与分析表明: 动态条件下采用MTI传感器数据, 改进算法能够在初始时刻收敛, 比快速互补滤波(FCF)算法提前约4s; 解算精度约为±0.6°, 初始时刻精度明显优于FCF; 硬件测试则表明改进算法的处理时间为0.062ms, 仅为EKF算法的1/9, 解算精度约为±1.3°, 能够满足姿态测量过程快速收敛、高精度、实时性等要求。
巡飞弹 初始姿态估计 互补滤波 最优矢量估计 loitering munition initial attitude estimation complementary filter optimal vector estimation
1 军械工程学院,石家庄050003
2 清华大学，北京100084
某巡飞弹机载稳定平台可实现目标侦察及跟踪, 平台稳定性、目标跟踪、随动控制实验是其重要环节, 但飞行验证难度极大。根据半实物仿真思想, 设计并搭建半实物验证系统, 应用于实验室条件下的仿真验证。介绍了系统组成、工作原理及关键技术。实例验证结果表明, 该系统满足设计要求, 达到一定精度, 能够为算法研究提供新的思路, 可根据研究需求进行开发和拓展, 具有研究及应用价值。
巡飞弹 机载稳定平台 半实物仿真 loitering munition airborne stabilized platform HIL simulation
