2 多管火箭定向器振动控制研究现状

20 世纪80 年代初，为提高多管火箭射击精度，美国学者John E Cochran提出了多管火箭“被动控制”的思想[3,4]，即不需要从外部输入能量，试图通过机械结构的设计和优化，来改变发射装置的振动特性，使定向器产生与推力偏心及动不平衡引起的火箭弹主动段末偏角相反的偏角，从而使火箭弹主动段末偏角达到最小值，提高火箭无控的射击精度。但由于工程实际系统都很复杂，被动控制的模型过于简单，其根本无法反映实际问题，导致“被动控制”的思想无法在工程实际中实现。振动主动控制的实质是在振动结构上施加控制力来实现其性能指标，具有比被动控制更加快速更高效等优点，随着DPS技术、计算机、作动器、传感器等硬件设备的发展与技术进步，振动主动控制在工程实际中的应用越来越容易实现。

美国、俄罗斯、英国、意大利等国家都采用了简易制导火箭，比如使用脉冲推力控制器来提高多管火箭的射击精度。简易制导火箭所需的成本通常比无控火箭的成本高出许多，控制系统占用了多管火箭的空间和质量，而且简易制导控制并不能从根本上消除起始扰动对射击精度的干扰。国内外很多知名学者都一直致力于提高多管火箭射击精度的研究，潘宏侠等人对多管火箭发射过程中定向器振动与多管火箭炮的发射密集度之间的关系进行了研究。如果在多管火箭炮上安装发射动力学控制系统，实时感测量定向器姿态的运动并通过控制器控制定向器的姿态方位变化，进而控制火箭弹的飞行，减少起始扰动对火箭弹的影响，以减小火箭弹主动段末的偏角，从而大幅度提高火箭弹的射击精度并大大降低了火箭弹的成本[5]。

国内外对振动控制进行了很多研究。其中的独立模态空间控制法( independent modal space control, IMSC)，因为其各模态在控制开环和闭环时都是互相解耦的, 可以独立地控制某一模态而不会影响到其他模态，成为柔性结构振动控制中的一种重要方法。人们对独立模态空间控制中的各类问题进行了研究，如文献[6,7]对传感器/作动器数目等于所控模态数的主动控制作了研究，文献[8]用了两种方法解决了传感器/作动器数目少于所控模态数的主动控制。由于独立模态控制可实现对所需控制模态进行独立控制而不影响其他的未控模态，同时具有易于设计、计算量小、控制稳定等优点, 因而成为模态控制中的一个主流方法[9]。但它要求的作动器/ 传感器数量较多( 至少等于受控的模态数)，因而在被控模态数较多时，实施起来较困难。耦合模态控制的优点在于可利用模态间的有利耦合，用较少的作动器/传感器实现对较多的模态进行控制，但由于要对高阶黎卡提方程求解，其计算量较大，易导致系统的不稳；并且在控制的实际效果上不如独立模态控制好[10]。将两者结合起来发挥各自的优势是一个很好的思想。

随着独立模态空间控制的发展与完善，越来越多的控制设计思路与方法应用到多管火箭的发射动力学特性研究上，现在比较成熟和常用的独立模态空间控制方法有线性二次型最优控制（LQR控制），比例-积分-微分控制（PID控制）以及次最优控制等。尤其是LQR控制和PID控制被广泛的应用到多管火箭定向器振动控制，以及各个武器系统的振动特性研究当中。