為了完成飛行任務而對飛行器的飛行所採用的各種控制和引導技術。
基本介紹
- 中文名：控制和導航
- 外文名：Control and navigation
- 拼音：kongzhihedaohang
- 套用：飛行器
概念,發展歷史,
概念
控制和導航對於不同的飛行器有不同的含意。
對飛機是指穩定和控制飛機以及引導飛機沿一定航線從一處飛到另一處的技術。對飛彈是指穩定彈體並按一定規律將飛彈自動導向目標的技術。對太空飛行器是指穩定和控制太空飛行器姿態和軌道位置的技術。
導航與制導有所不同：實行導航時要確定飛行器的位置，並且航跡是事先確定的；實行制導時不同的導引規律有不同的航跡。實現上述技術的裝備稱為控制系統和導航系統（對於飛彈稱為制導系統）。
發展歷史
隨著飛行器和控制理論的發展，控制和導航也不斷進步，這種進步又促使飛行器和控制理論進一步發展。20世紀初飛機是完全由人工操縱的。後來為了改善飛機的性能和解除駕駛員長途飛行的疲勞，在飛機上採用了自動控制技術，產生了自動駕駛儀（人對飛行器施加影響稱為操縱，而控制系統對飛行器施加影響稱為控制）。40年代出現完全自動化的武器──飛彈。由於對穩定彈體和精確導引飛彈飛向目標有更高的要求，控制和導航技術也隨之發展。50年代第一顆人造地球衛星上天和洲際飛彈的出現，表明控制和導航技術已經達到更高的水平。60年代以來，微電子學和計算機的發展、現代控制理論逐漸形成，為飛行器的控制和導航開拓了廣闊的前景。在飛機上從採用一般控制技術發展為採用主動控制技術，使飛機的性能提高到按傳統設計所不可能達到的高度；在飛彈上廣泛採用慣性制導和其他先進制導技術，使飛彈的性能，尤其在制導精度上得到極大的提高；在太空飛行器方面，套用多變數控制、統計濾波、最優控制和隨機控制等控制理論並採用計算機，使太空飛行器各種複雜控制任務能按一定意義的最佳結果完成。
要求飛行器完成飛行任務，必須對它的運動施加影響。各種飛行器的運動一般都分為繞其質心的角運動和質心的運動。對於這些運動有穩定和控制兩方面的要求，穩定是指保持原有狀態（姿態或位置），控制是指改變狀態。在飛行器上的自動駕駛儀主要用來實現角運動的穩定。各種導航裝置和制導裝置與自動駕駛儀一起實現飛行器質心運動的控制。大多數飛行器質心運動的控制是通過控制角運動來實現的。例如要改變飛機或飛彈的飛行高度，首先必須改變飛機或飛彈的俯仰角（角運動參量），即改變迎角，進而改變升力，飛行高度才發生變化。在設計控制和導航系統時可先分別設計這兩種系統，然後再綜合起來設計。設計任何飛行器的控制和導航系統所依據的控制理論都是相同的，如經典控制理論、現代控制理論和大系統理論等。研製控制和導航系統的步驟大致是：先建立控制器（控制和導航系統）和被控對象（飛行器）的數學模型，這是關鍵的一步。數學模型的正確與否決定研製的成敗。這一步的難點是獲得飛行器的氣動參數或動態參數和正確描述各種干擾（包括隨機干擾）。其次是套用控制理論分析設計由控制和導航系統及飛行器所組成的迴路，從而確定控制和導航系統的結構和參數，在這一基礎上進行仿真試驗，修改結構和參數。最後生產出實際系統，進行試飛或試靶，進一步修改結構和參數。當然，為了使控制和導航系統能真正用於飛行器上，還需要進行一些其他工作，如高溫、低溫、振動試驗等。這些步驟往往需要多次反覆。
現代飛行器的性能不斷提高，所要完成的任務日益複雜,飛機控制和導航系統的發展趨勢是多功能化(如三軸穩定、自動著陸、地形跟隨等功能)和多模態化(如在自動著陸中要求自動下滑、自動拉平和自動滑跑等);飛彈控制和制導系統的發展趨勢則是多功能化和多目標化。太空飛行器控制系統的發展趨勢是綜合化和自適應化。飛行器控制和導航正向數位化、綜合化以至智慧型化的方向發展。現代飛機上出現的航空綜合系統，飛彈方面出現同時制導數枚飛彈攻擊多個目標的制導系統，航天站上出現的多級和分散式控制系統，都表明了這一發展趨向。
要求飛行器完成飛行任務，必須對它的運動施加影響。各種飛行器的運動一般都分為繞其質心的角運動和質心的運動。對於這些運動有穩定和控制兩方面的要求，穩定是指保持原有狀態（姿態或位置），控制是指改變狀態。在飛行器上的自動駕駛儀主要用來實現角運動的穩定。各種導航裝置和制導裝置與自動駕駛儀一起實現飛行器質心運動的控制。大多數飛行器質心運動的控制是通過控制角運動來實現的。例如要改變飛機或飛彈的飛行高度，首先必須改變飛機或飛彈的俯仰角（角運動參量），即改變迎角，進而改變升力，飛行高度才發生變化。在設計控制和導航系統時可先分別設計這兩種系統，然後再綜合起來設計。設計任何飛行器的控制和導航系統所依據的控制理論都是相同的，如經典控制理論、現代控制理論和大系統理論等。研製控制和導航系統的步驟大致是：先建立控制器（控制和導航系統）和被控對象（飛行器）的數學模型，這是關鍵的一步。數學模型的正確與否決定研製的成敗。這一步的難點是獲得飛行器的氣動參數或動態參數和正確描述各種干擾（包括隨機干擾）。其次是套用控制理論分析設計由控制和導航系統及飛行器所組成的迴路，從而確定控制和導航系統的結構和參數，在這一基礎上進行仿真試驗，修改結構和參數。最後生產出實際系統，進行試飛或試靶，進一步修改結構和參數。當然，為了使控制和導航系統能真正用於飛行器上，還需要進行一些其他工作，如高溫、低溫、振動試驗等。這些步驟往往需要多次反覆。
現代飛行器的性能不斷提高，所要完成的任務日益複雜,飛機控制和導航系統的發展趨勢是多功能化(如三軸穩定、自動著陸、地形跟隨等功能)和多模態化(如在自動著陸中要求自動下滑、自動拉平和自動滑跑等);飛彈控制和制導系統的發展趨勢則是多功能化和多目標化。太空飛行器控制系統的發展趨勢是綜合化和自適應化。飛行器控制和導航正向數位化、綜合化以至智慧型化的方向發展。現代飛機上出現的航空綜合系統，飛彈方面出現同時制導數枚飛彈攻擊多個目標的制導系統，航天站上出現的多級和分散式控制系統，都表明了這一發展趨向。
