(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
加速度コマンドに乗じる第１のオートパイロットゲインと、この第１のオートパイロットゲインの出力から加速度計で計測した機体の加速度を引いたものに乗じる第２のオートパイロットゲインと、この第２のオートパイロットゲインの出力に乗じる一次遅れ微分器と、この一次遅れ微分器の出力であるピッチ姿勢角変化率コマンドからレートジャイロで検出した機体のピッチ姿勢角変化率を差し引いたものに乗じるスラスタ駆動装置伝達関数と、このスラスタ駆動装置伝達関数の出力であるピッチングモーメントにかけるモーメントリミッタと、このモーメントリミッタの出力にかける第１の機体伝達関数と、この第１の機体伝達関数の出力であるピッチ姿勢角変化率から経路角変化率を出力する第２の機体伝達関数と、この経路角変化率に乗じるミサイル速度と、重力加速度の逆数と、この出力である機体加速度を検出する加速度計を備え、上記機体加速度とピッチ姿勢角変化率を第１のオートパイロットゲインの後ろと一次遅れ微分器の後ろにフィードバックさせたことを特徴とする飛しょう体の制御装置。
【請求項２】
第１のオートパイロットゲインと第２のオートパイロットゲインをこの飛しょう体の制御装置を組んで制御した結果、クローズループの伝達関数の減衰率を一定値とするように慣性装置の高度と速度により可変としたことを特徴とする請求項１記載の飛しょう体の制御装置。
【請求項３】
加速度コマンドピッチから噴射方向制御部で加速度を出力するタイミングを決定し、その方向にスラスタを噴射することを特徴とする請求項２記載の飛しょう体の制御装置。
【請求項４】
経路角変化率コマンドを入力とする一次遅れ微分器と、その一次遅れ微分器の出力であるピッチ姿勢角変化率コマンドからレートジャイロの出力である機体のピッチ角速度を差し引いたものを入力とするスラスタ駆動装置伝達関数と、スラスタ駆動装置伝達関数の出力であるピッチングモーメントを入力としモーメントのリミッタをかけるモーメントリミッタと、そのモーメントリミッタの出力であるピッチングモーメントからピッチ姿勢角変化率を出力する第１の機体伝達関数と、ピッチ姿勢角変化率から経路角変化率を出力する第２の機体伝達関数を備え姿勢角変化率のみを一次遅れ微分器の後ろにフィードバックさせたことを特徴とする飛しょう体の制御装置。
【請求項５】
経路角変化率コマンドから噴射方向制御部でスラスタを出力するタイミングを決定し、その方向にスラスタを噴射することを特徴とする請求項４記載の飛しょう体の制御装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
この発明は、スピンする飛しょう体をスラスタのみで制御するために飛しょう体に搭載される制御装置に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
図６は、従来の飛しょう体の制御装置を搭載し、スピンする飛しょう体の制御を行っている様子を示した図である。図６において１は、飛しょう体を発射するプラットフォームとなる装甲車であり、発射初期条件となる仰角等を計算するとともにコマンド送信装置をもちミサイルに対して誘導信号を送信する。２はスピンミサイルであり、本飛しょう体の制御装置を搭載し、サイドスラスタ及びカナードを用いてスピンする機体の制御を行い目標に向けて誘導飛しょうする。３はサイドスラスタであり、飛しょう体に速い応答時間で横加速度を発生させる。また４はカナードであり、サイドスラスタよりはるかに大きな制御力で飛しょう体の制御を行う。５は飛しょう体がスピンしながら飛しょうしていることを示すスピン周波数であり、スピンさせることで外乱による命中精度の劣化を改善するとともに、一軸の制御装置で誘導制御を行うことを可能にするものである。６は飛しょう体の横加速度であり、サイドスラスタ及びカナードにより発生させられるものである。７はこの飛しょう体の目標となるアタックヘリであり、瞬間的に山陰等から出現してポップアップ攻撃を行うものである。本飛しょう体はこのポップアップ攻撃するアタックヘリに対して高速で飛しょうし撃破するものであり、高応答性、高命中精度が要求される。また図７にこの飛しょう体の制御装置のブロック図を示す。図７において３は、サイドスラスタを制御する制御ループ及びサイドスラスタの伝達関数を示したものである。そして２０は、加速度コマンドピッチａｃｐに乗じる第１のオートパイロットゲインＣ０、２１は、その第１のオートパイロットゲインＣ０を乗じた加速度コマンドピッチから機体加速度ピッチを差し引いたものに乗じる第２のオートパイロットゲインＣ１、２２は、第２のオートパイロットゲインＣ１の出力からレートジャイロ１５で検出したピッチ角速度ｑを差し引いたものに乗じる第３のオートパイロットゲインＣ２／Ｓ、２３は、この第３のオートパイロットゲインＣ２／Ｓの出力からピッチ角速度ｑを差し引いたものに乗じる第４のオートパイロットゲインＣ３、２４は、この第４のオートパイロットゲインの出力である舵角コマンドδにかける舵角リミッタ、２５はスピンによる制御の位相遅れを補償する位相進み補償、２６は、位相進み補償をした舵角コマンドδにより、操舵を行い舵角を出力する操舵装置、２７は、この舵角により応答し、機体角速度ｑを出力する第１の機体伝達関数、１４は、この角速度ｑから経路角変化率γを出力する第２の機体伝達関数、１５は機体角速度ｑを検出するレートジャイロ、１６は、経路角変化率γを機体加速度ａｍｐに変換する機体速度Ｖ及び重力加速度Ｇ、１７は、この機体加速度を検出する加速度計であり、この加速度計で検出された機体加速度ａｍｐは、２０の第１のオートパイロットゲインの後ろにフィードバックされる。また２８は、スラスタ出力に応答する第４の機体伝達関数、２９は、スラスタを噴射するスラスタ発生装置、３０はスラスタの出力を推定するスラスタ出力推定器、３１は系が不安定とならないように位相を調整する位相進み補償部である。
【０００３】
次に動作について説明する。従来の飛しょう体の制御装置は、上記のように構成されているから第１のオートパイロットゲインＣ０は、加速度コマンドａｃｐに乗じられ、１７の加速度計で検出したピッチ加速度ａｍｐを差し引き、２１の第２のオートパイロットゲインＣ１を乗じ、１５のレートジャイロで検出したピッチ角速度ｑを差し引き、２２の第３のオートパイロットゲインＣ２／Ｓを乗じ、さらにまたピッチ角速度ｑを差し引き、２３の第４のオートパイロットゲインＣ３を乗じることにより、舵角コマンドδを出力する。２４はこの舵角コマンドδにかけるリミッタであり、その出力は、２５の位相進み補償に入力され、位相進み補償がなされた舵角コマンドは、２６の操舵装置に入力され、舵角を出力する。２７の第３の機体伝達関数は、操舵装置の出力である舵角により応答し、機体のピッチ角速度ｑを出力し、１４の第２の機体伝達関数は、第１の機体伝達関数の出力であるピッチ角速度ｑから経路角変化率γを出力する。さらに１５はピッチ角速度ｑを検出するレートジャイロ、１６は経路角変化率γを機体加速度ａｍｐに変換する機体速度Ｖ及び重力加速度Ｇである。１７の加速度計は、機体加速度を検出し、この検出された機体加速度ａｍｐは２０の第１のオートパイロットゲインＣ０の後ろにフィードバックされ、また２８の第３の機体伝達関数は、スラスタ出力により応答し、加速度を出力する部分であり、２９のスラスタ発生装置は、スラスタを噴射する部分である。さらに３０のスラスタ出力推定器は、スラスタで噴射する加速度を推定する部分であり、３１の位相進み補償部は、系を安定とするように位相を調整する部分であり、これらで飛しょう体の制御装置を構成する。以上は飛しょう体の制御装置のピッチ系についてのみ説明したが、本装置を適用する十字翼で対称な飛しょう体の場合にはヨー系についても全く同一の構成で飛しょう体の制御を行うことが可能である。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
上記のような従来のオートパイロット装置では、操舵装置を用いて空力操舵を行う飛しょう体に対しては適用できるが、空力舵角コマンド出力となるため、スラスタのみで飛しょう体を制御しようという場合には適用できないという問題があった。
【０００５】
この発明は、かかる問題点を解決するためになされたものであり、空力舵角コマンドをオートパイロットの出力とせずに、スラスタ駆動装置を用いて飛しょう体に発生させるモーメントを制御することで、飛しょう体の制御を行うことが可能となる。
【０００６】
【課題を解決するための手段】
第１の発明による飛しょう体の制御装置は、一次遅れ微分器１０で出力されたピッチ姿勢角変化率θｃからピッチ角速度ｑを差し引いたものをコマンドとしてスラスタ駆動装置１１に入力し、機体のピッチングモーメントＭＶを制御し、機体をスピンさせてそのピッチングモーメントＭＶを任意の方向に作用させることにより、スラスタのみで飛しょう体の制御を行うことを可能にしたものである。
【０００７】
また、第２の発明による飛しょう体の制御装置は、８の第１のオートパイロットゲインＫ１、９の第２のオートパイロットゲインＫ２をクローズループの減衰率が一定となるように高度、速度によりゲインを可変とすることにより、飛しょう体の飛しょう高度、速度が変化しても減衰率を一定とし、減衰率を一定にしない場合より、安定に飛しょう体を制御する制御装置を実現することができる。ゲインの計算式を数１に示す。
【０００８】
【数１】
0003758257.tif 000002
【０００９】
また、第３の発明による飛しょう体の制御装置は、制御量であるピッチングモーメントＭＶを１９の噴射方向制御部でスラスタの噴射タイミングを制御することにより、任意の方向に飛しょう体を誘導することができるようにしたものである。この構成にすると機体は一定レートで回転しているため、目標のいる象限にきた時だけスラスタを噴射することで、任意の方向に飛しょう体を誘導することを実現したものである。噴射方向制御部での噴射タイミングを計算する計算式を数２に示す。
【００１０】
【数２】
0003758257.tif 000003
【００１１】
また、第４の発明による飛しょう体の制御装置は、加速度計を使用しないで１５のレートジャイロのみを使用して制御装置を構成することにより、より安価なシステムとすることが可能となる。このレートジャイロのみのシステムでも回転する飛しょう体の制御を行うことが可能である。
【００１２】
また、第５の発明による飛しょう体の制御装置は、スピンに合わせて１９の噴射方向制御部でスラスタの噴射タイミングを決定し、ピッチングモーメントの慣性座標系に対しての方向制御を行うことにより、センサとしてレートジャイロのみを使用して任意の方向に飛しょう体を誘導することを可能にしたものである。
【００１３】
【発明の実施の形態】
実施の形態１．
図１は、この発明の実施の形態１を示す飛しょう体の制御装置の図であり、図において３はサイドスラスタによる制御ループを示したものである。８は、第１のオートパイロットゲインＫ１であり、加速度コマンドａｃｐに乗じられる。さらにこの出力から加速度計で検出した加速度を差し引き、９の第２のオートパイロットゲインＫ２を乗じる。この出力は１０の一次遅れ微分器に入力され、ピッチ姿勢角変化率コマンドθｃとなる。この姿勢角変化率コマンドθｃからレートジャイロで検出したピッチレートｑを差し引き、１１のスラスタ駆動装置伝達関数に入力され、スラスタ駆動装置伝達関数はピッチングモーメントＭＶを出力する。このピッチングモーメントＭＶは、１２のモーメントリミッタにかけられ、第１の機体伝達関数１３に入力され、ピッチレートｑを出力する。このピッチレートｑは１５のレートジャイロで検出され、一次遅れ微分器の出力であるピッチ姿勢角変化率コマンドθｃの所へフィードバックされる。１４の第２の機体伝達関数は、ピッチレートｑから経路角変化率γを検出する。１６の機体速度Ｖ、重力加速度Ｇは、この経路角変化率γに乗じられ機体加速度となり、この機体加速度は、１７の加速度計で検出され、第１のオートパイロットゲインの後ろにフィードバックされる。
【００１４】
実施の形態２．
図２は、この発明の実施の形態２を示す飛しょう体の制御装置の図であり、図において３はサイドスラスタによる制御ループを示したものである。８は、第１の可変オートパイロットゲインＫ１であり、加速度コマンドａｃｐに乗じられる。さらにこの出力から加速度計で検出した加速度を差し引き、９の第２の可変オートパイロットゲインＫ２を乗じる。この両ゲインを可変とすることでトータルの伝達関数の減衰率を一定とする。この出力は１０の一次遅れ微分器に入力され、ピッチ姿勢角変化率コマンドθｃとなる。このピッチ姿勢角変化率コマンドθｃからレートジャイロで検出したピッチレートｑを差し引き、１１のスラスタ駆動装置伝達関数に入力され、スラスタ駆動装置伝達関数はピッチングモーメントＭＶを出力する。このピッチングモーメントＭＶは、１２のモーメントリミッタにかけられ、第１の機体伝達関数１３に入力され、ピッチレートｑを出力する。このピッチレートｑは１５のレートジャイロで検出され、一次遅れ微分器の出力であるピッチ姿勢角変化率コマンドθｃの所へフィードバックされる。１４の第２の機体伝達関数は、ピッチレートｑから経路角変化率γを検出する。１６の機体速度Ｖ、重力加速度Ｇは、この経路角変化率γに乗じられ機体加速度となり、この機体加速度は、１７の加速度計で検出され、第１のオートパイロットゲインの後ろにフィードバックされる。
【００１５】
実施の形態３．
図３は、この発明の実施の形態３を示す飛しょう体の制御装置の図であり、図において３はサイドスラスタによる制御ループを示したものである。８は、第１の可変オートパイロットゲインＫ１であり、加速度コマンドに乗じられる。この出力である加速度コマンドは１９の噴射方向制御部で加速度を噴射するタイミングが調整され、加速度計の出力である機体加速度を差し引き、９の第２の可変オートパイロットゲインＫ２を乗じて、１０の一次遅れ微分器に入力され、ピッチ姿勢角変化率コマンドθｃとなる。このピッチ姿勢角変化率コマンドθｃからレートジャイロで検出したピッチレートｑを差し引き、１１のスラスタ駆動装置伝達関数に入力され、スラスタ駆動装置伝達関数は、ピッチングモーメントＭＶを出力する。このピッチングモーメントＭＶは、１２のモーメントリミッタにかけられ、１３の第１の機体伝達関数に入力され、ピッチレートｑを出力する。このピッチレートｑは１５のレートジャイロで検出され、一次遅れ微分器の出力であるピッチ姿勢角変化率コマンドθｃの所へフィードバックされる。１４の第２の機体伝達関数は、ピッチレートから経路角変化率γを検出する。１６の機体速度Ｖ、重力加速度Ｇは、この経路角変化率γに乗じられ機体加速度となり、この機体加速度は、１７の加速度計で検出され、第１のオートパイロットゲインの後ろにフィードバックされる。また１８の慣性装置は、高度、速度を検出しそれにより８の第１の可変オートパイロットゲイン、９の第２の可変オートパイロットゲインの調整を行う。
【００１６】
実施の形態４．
図４は、この発明の実施の形態４を示す飛しょう体の制御装置の図であり、図において３はサイドスラスタによる制御ループを示したものである。１０は、一次遅れ微分器であり、経路角変化率コマンドγｃが入力される。この一次遅れ微分器の出力であるピッチ姿勢角変化率コマンドθｃから１５のレートジャイロで検出したピッチ姿勢角変化率ｑを差し引きスラスタ駆動装置伝達関数１１に入力される。スラスタ駆動装置伝達関数１１の出力であるピッチングモーメントＭＶは、１２のモーメントリミッタがかかり、１３の第１の機体伝達関数に入力され、ピッチ姿勢角変化率ｑが出力される。このピッチ姿勢角変化率ｑは、１４の第２の機体伝達関数に入力され、経路角変化率γが出力される。１５のレートジャイロはピッチ姿勢角変化率ｑを検出し、ピッチ姿勢角変化率コマンドθｃから差し引くようにフィードバックされる。
【００１７】
実施の形態５．
図５は、この発明の実施の形態５を示す飛しょう体の制御装置の図であり、図において３はサイドスラスタによる制御ループを示したものである。１９は噴射方向制御部であり、スラスタを噴射する方向を計算する。１０は、一次遅れ微分器であり、経路角変化率コマンドγｃが入力される。この一次遅れ微分器の出力であるピッチ姿勢角変化率コマンドθｃから１５のレートジャイロで検出したピッチ姿勢角変化率ｑを差し引きスラスタ駆動装置伝達関数４に入力される。スラスタ駆動装置伝達関数１１の出力であるピッチングモーメントＭＶは、１２のモーメントリミッタがかかり、１３の第１の機体伝達関数に入力され、ピッチ姿勢角変化率ｑが出力される。このピッチ姿勢角変化率ｑは、１４の第２の機体伝達関数に入力され、経路角変化率γが出力される。１５のレートジャイロはピッチ姿勢角変化率ｑを検出し、ピッチ姿勢角変化率コマンドθｃから差し引くようにフィードバックされる。
【００１８】
【発明の効果】
第１の発明によれば、一次遅れ微分器３により、ピッチ姿勢角変化率コマンドθｃに変換し、ピッチレートｑを差し引いたものをスラスタ駆動装置に入力し、ピッチングモーメントＭＶを発生させることにより、スラスタのみを用いて飛しょう体の制御を行うことが可能となる。
【００１９】
また、第２の発明によれば、１の第１のオートパイロットゲインＫ１及び２の第２の可変オートパイロットゲインＫ２を制御ループを組んだクローズループの伝達関数が一定値となるように可変することで、高度、速度により制御対称の特性が変化しても安定した応答特性をもつ制御系を実現することが可能となる。
【００２０】
また、第３の発明によれば、噴射方向制御部１２でスラスタを噴射する方向をスピンに合わせて制御することで、目標の方向に向けて誘導することが可能となる。
【００２１】
また、第４の発明によれば、レートジャイロ８のみを用いたフィードバックループを構成することにより、安価なシステムを構成することが可能となる。
【００２２】
また、第５の発明によれば、レートジャイロ８のみを用いたフィードバックループを構成し、噴射方向制御部でスピンする飛しょう体に同期させてスラスタを噴射する方向を制御することにより、安価なシステムで、目標の方向に向けて飛しょう体を誘導することができる制御装置を実現することが可能となる。
【図面の簡単な説明】
【図１】  この発明による飛しょう体の制御装置の実施の形態１を示す図である。
【図２】  この発明による飛しょう体の制御装置の実施の形態２を示す図である。
【図３】  この発明による飛しょう体の制御装置の実施の形態３を示す図である。
【図４】  この発明による飛しょう体の制御装置の実施の形態４を示す図である。
【図５】  この発明による飛しょう体の制御装置の実施の形態５を示す図である。
【図６】  従来の飛しょう体の誘導制御を示す図である。
【図７】  従来の飛しょう体の制御装置を示すブロック図である。
【符号の説明】
１  装甲車、２  スピンミサイル、３  サイドスラスタ、４  カナード、５  スピン周波数、６  横加速度、７  対処目標、８  第１のオートパイロットゲイン、９  第２のオートパイロットゲイン、１０  一次遅れ微分器、１１  スラスタ駆動伝達関数、１２  モーメントリミッタ、１３  第１の機体伝達関数、１４第２の機体伝達関数、１５  レートジャイロ、１６  変換ゲイン、１７  加速度計、１８  慣性装置、１９  噴射方向制御部、２０  第１のオートパイロットゲイン（空力操舵用）、２１  第２のオートパイロットゲイン（空力操舵用）、２２  第３のオートパイロットゲイン（空力操舵用）、２３  第４のオートパイロットゲイン（空力操舵用）、２４  舵角リミッタ、２５  位相進み補償部、２６  操舵装置、２７  第３の機体伝達関数、２８  第４の機体伝達関数、２９  スラスタ発生装置、３０  スラスタ出力推定器、３１  位相進み補償。
【図１】
0003758257.tif 000004
【図２】
0003758257.tif 000005
【図３】
0003758257.tif 000006
【図４】
0003758257.tif 000007
【図５】
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【図６】
0003758257.tif 000009
【図７】
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