飛行器飛行控制性能評估方法研究

李京浩 劉雪松 馮運輝

（91550部隊大連116023）

飛行器飛行控制性能評估方法研究

李京浩 劉雪松 馮運輝

（91550部隊大連116023）

論文基于飛行器作戰性能考核目的，研究利用綜合評估方法對飛行器飛行控制性能進行評估。首先根據飛行控制理論，把飛行控制性能評估分為制導系統、姿控系統及綜合控制系統三方面的評估，并據此建立飛行器飛行控制性能評估指標體系；然后利用屬性層次模型法進行各層指標的權重確定；最后利用飛行器試驗數據和仿真數據進行綜合計算，得出評估分值并進行分析。論文的工作驗證了綜合評估方法在飛行器飛行控制性能評估中的有效性和適用性，對飛行器性能考核以及控制系統鑒定等方面研究具有較好的參考意義。

飛行控制性能；綜合評估；指標體系；屬性層次模型

Class NumberV249

1 引言

飛行器研制和定型過程中，需要對其系統性能進行全面考核，而飛行控制性能作為飛行器的核心能力之一，與飛行器各項關鍵戰技指標密切相關。因此對飛行器飛行控制性能進行正確評估是一項非常重要和有意義的工作。目前國內關于飛行器系統性能評估方面的研究［1～11］成果還比較少，且大部分研究都側重于設計階段的技術性能指標評估與驗證。本文從飛行器試驗鑒定角度出發，梳理分析能夠反映飛行器作戰性能的制導控制系統相關戰技指標，并利用綜合評估方法對飛行器的飛行控制性能進行了評估與分析。

2 飛行控制性能評估指標體系

對飛行器飛行控制性能進行評估，首先要對飛行控制過程進行深入分析［12］，對系統中的各個影響因素進行挑選、歸納和分類，明確各因素之間的關系，構建科學、合理、層次化的評估指標體系，然后利用合適的評估綜合方法進行評估與鑒定［13～15］。

根據飛行器技術特點及試驗鑒定需求，飛行控制性能評估指標體系既要符合飛行控制理論要求，又要能夠反映飛行控制能力相關的戰術技術性能。本文將飛行控制性能評估分解為制導系統、姿控系統以及綜合控制系統三個分系統進行。把各分系統的性能影響因素提煉出來，按照從屬和關聯關系把它們按照一定的層次結構搭建起來，便構成了飛行器飛行控制性能評估指標體系。

根據制導、姿控以及綜合控制系統特點，分別從制導系統的過程約束、控制量約束、指令平穩度、精度約束；姿控系統的動態品質、干擾適應能力、跟蹤能力；綜合控制系統的時序控制、供電能力、配電控制等方面進行綜合分析，最終確定評估指標［16］。

2.1 制導系統性能評估指標

1）過程約束指標

飛行器在主動段主要依靠主發動機擺動實現制導控制，因此噴管擺角是非常重要的指標。另外，在飛行器飛行過程中過載和動壓也受到嚴格限制，若超過最大值，可能會導致飛行器結構損壞或者影響級間分離，因此將這些約束條件作為制導系統性能指標來衡量系統性能。

2）控制量約束指標

飛行器制導過程控制量也存在著很多限制，比如攻角、攻角變化率、側滑角、側滑角變化率等都有最大變化范圍的限制。因此將這些約束條件作為制導系統性能指標來衡量系統性能。

3）指令平穩度指標

飛行過程中，不僅對指令大小有一定約束，同時還要考慮指令的變化平穩度，如果輸出的控制指令變化較大、較頻繁，不僅會增大飛行器的能量損耗，同時也對控制系統和執行機構性能提出較高的要求。因此，從節約飛行器能量和降低控制與執行機構需求的角度出發，將指令平穩度作為性能評估指標。

4）精度約束指標

主動段誤差包括初始誤差、制導方法誤差與制導工具誤差，這些是影響飛行器落點精度的重要參數，因此將其作為精度評估指標，能夠直接地評價制導控制系統的性能。

2.2 姿控系統性能評估指標

1）動態品質指標

系統動態品質的好壞直接影響著系統的整體性能，為了考察姿態控制系統各通道的動態品質，這里通過對系統輸入響應的各指標進行分析，來評價各通道控制系統的精確性、快速性和平穩性指標。

2）適應性指標

飛行器控制系統是在不考慮外擾和內部不確定性情況下進行設計的。為了考察飛行器的適應能力，在仿真模型中加入干擾模型后進行多組不同干擾條件下的仿真，將對應的終端表現作為指標。干擾量包括大氣密度偏差和風干擾。另外，末修姿控噴管總沖消耗量也可以反映姿控系統設計合理性。

3）跟蹤能力指標

姿控系統的輸入是制導系統輸出的三個姿態角指令，如果不考慮伺服系統對控制效果產生的影響，則姿態角的實際值與指令偏差越小，說明姿控系統的控制效果越好。因此，將飛行過程中姿態角角指令的跟蹤效果作為評價姿控系統性能的指標。

2.3 綜合控制系統性能評估指標

1）時序控制

時序控制是綜合控制最主要部分，飛行器發射后將會按照設計要求進行發動機點火、級間分離等時序。正確的時序控制是飛行器正常飛行的前提，時序控制越準確，飛行器飛行控制就越準確。因此時序控制效果是評價綜合控制系統性能的重要指標。

2）供電能力

飛行器飛行過程中彈上各設備及火工品由控制電池和火工品電池進行供電。按照設計要求，電池電壓必須滿足一定輸出條件，電壓過高或過低都會影響設備正常運行。因此供電能力是評價綜合控制系統性能的一項重要指標。

3）配電控制

由電池輸出的一次電源必須由配電系統進行處理輸出各種不同大小的二次電壓，以滿足不同設備需求。而二次電壓也要滿足設計條件，因此配電控制是評價綜合控制系統性能的一項重要指標。

根據上述分析得到飛行器飛行控制性能評估指標體系，如圖1～圖3所示。

3 屬性層次模型法

在多指標綜合評估中，指標的權重和指標的單項值是影響合成結果的重要因素，在單項指標值已經確定的情況下，權重的改變無疑會導致評估結果的變化。因此在對指標進行綜合時，首先也是最為重要的工作是對各指標進行賦權，賦權是否科學、合理，直接影響到最終評估結果的可信度和可靠性。

指標賦權方法的選擇是評估過程中非常重要且不可或缺的一環。由于飛行控制性能評估可以建立層次化的評價指標體系，每層的指標因素之間相對獨立，并且每層相互比較指標在九個以內，綜合方法的適用性與計算易行性，多方面特點符合計算相對簡單的屬性層次模型（Attribute Hierarchical Method，AHM）法，因此本文采用AHM方法對制導系統指標進行賦權。下面首先對AHM方法進行簡單說明。

3.1AHM評判模型

AHM方法通過兩兩比較的方法得到指標的權重值，并基于一種稱為球賽模型的方法來進行兩兩重要性比較［17～21］。

設元素u1，u2，…，un為n個球隊，每兩個球隊進行1場比賽，每場比賽為1分。ui和uj比賽(i≠j)。ui得分μij，uj得分μji，準則C為得分。問題：已知A=(uij)n×n，1≤i，j≤n，在準則C下對元素進行排序，即按得分多少對元素進行排序。

3.2 構造權向量

上述模型中，μij滿足

滿足上式的μ稱為相對屬性測度，矩陣A稱為屬性判斷矩陣。如果μij＞μji，則稱μij比μji強，記為μi＞μj。所屬性判斷矩陣A滿足當μi＞μj，μj＞μk時，有μi＞μk，則稱(μij)具有一致性。對屬性判斷矩陣一致性檢驗方法如下：

注：Ii非空是指對給定的i，至少存在一個j使μij＞0.5，即ui比uj強。所以Ii非空是指ui不是最小者。

ui的得分為為屬性

其中

3.3 求解屬性判斷矩陣

AHM中的屬性判斷矩陣A=() μijn×n通常很難求出，可由層次分析法［2］中的比較判斷矩陣B=() aijn×n中導出，轉換公式為

其中k為大于2的正整數，β通常取1或2。

4 飛行控制性能評估綜合計算

4.1 指標權重確定

首先利用AHM方法確定制導系統、姿控系統以及綜合控制系統的指標權重，如表1～表3所示。

表1 制導系統指標判斷矩陣

表2 姿控系統指標判斷矩陣

表3 綜合控制系統指標判斷矩陣

4.2 綜合計算及結果分析

通過上一節得到的各層指標的權重向量，自下向上逐層進行加權綜合計算，最終得到評估結果，如表4～表6所示。

表4 制導系統性能評估結果表

表5 姿控系統性能評估結果表

表6 綜合控制系統性能評估結果表

從評估結果看，制導系統性能評估分值為80.28，性能良好。通過2級指標分值可以看出，精度約束指標的分值相對較低，說明落點精度偏差較大；指令平穩度指標分值較高，過程約束指標和控制量約束指標均達到良好，說明飛行器的控制能力較強。姿控系統性能評估分值為87.03，性能良好。通過2級指標分值可以看出，動態品質性能良好，適應性和跟蹤能力性能優秀，說明飛行器的飛行穩定性和抗干擾能力較強。綜合控制系統性能評估分值為96.44，說明飛行器在時序控制、彈上測量、供配電方面性能優秀。

5 結語

綜合評估方法可以為復雜的飛行器性能評估建立層次分明的指標體系，并把系統性能分解為可計算的量化指標。而AHM方法可以確定指標體系各指標間的從屬和相對關系，進而計算出系統性能評估分值。

從本文工作可以看出，建立正確的指標體系以及各指標間合理的權重分配是綜合評估方法的關鍵。飛行器飛行控制性能評估結果看，總體的評估結果與實際較為相符，很好地反映了飛行器的工作性能，綜合評估方法的有效性和合理性得到了驗證。

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Research on Performance Evaluation Methods of Vehicle Flight Control

LI JinghaoLIU XuesongFENG Yunhui
（No.91550 Troops of PLA，Dalian116023）

On purpose of tactical performance examination，the performance of vehicle flight control is evaluated by the method of comprehensive evaluation in this paper.Firstly，the performance evaluation of vehicle flight control is divided into guidance system，attitude control system and comprehensive control system three parts to set up the index system of performance evaluation. Then，the Attribute Hierarchical Model is used to define the weights of indexes.Finally，the performance evaluation score is calculated with the data of flight test and simulation.By the work of this paper，the validity and applicability of conprehensive evaluation is verified，and it will be a good reference in the research of tactical performance examination and control system assessment of vehicle.

performance of vehicle flight control，comprehensive evaluation，index system，attribute hierarchical model

V249

10.3969/j.issn.1672-9730.2017.06.010

2016年12月9日，

2017年1月24日

李京浩，男，博士，工程師，研究方向：飛行器控制系統試驗鑒定。