控制和导航

对飞行器的飞行所采用的各种控制和引导技术

为了完成飞行任务而对飞行器的飞行所采用的各种控制和引导技术。

概念

控制和导航对于不同的飞行器有不同的含意。

对飞机是指稳定和控制飞机以及引导飞机沿一定航线从一处飞到另一处的技术。对导弹是指稳定弹体并按一定规律将导弹自动导向目标的技术。对航天器是指稳定和控制航天器姿态和轨道位置的技术。

导航与制导有所不同：实行导航时要确定飞行器的位置，并且航迹是事先确定的；实行制导时不同的导引规律有不同的航迹。实现上述技术的装备称为控制系统和导航系统（对于导弹称为制导系统）。

发展历史

随着飞行器和控制理论的发展，控制和导航也不断进步，这种进步又促使飞行器和控制理论进一步发展。20世纪初飞机是完全由人工操纵的。后来为了改善飞机的性能和解除驾驶员长途飞行的疲劳，在飞机上采用了自动控制技术，产生了自动驾驶仪（人对飞行器施加影响称为操纵，而控制系统对飞行器施加影响称为控制）。40年代出现完全自动化的武器──导弹。由于对稳定弹体和精确导引导弹飞向目标有更高的要求，控制和导航技术也随之发展。50年代第一颗人造地球卫星上天和洲际导弹的出现，表明控制和导航技术已经达到更高的水平。60年代以来，微电子学和计算机的发展、现代控制理论逐渐形成，为飞行器的控制和导航开拓了广阔的前景。在飞机上从采用一般控制技术发展为采用主动控制技术，使飞机的性能提高到按传统设计所不可能达到的高度；在导弹上广泛采用惯性制导和其他先进制导技术，使导弹的性能，尤其在制导精度上得到极大的提高；在航天器方面，应用多变量控制、统计滤波、最优控制和随机控制等控制理论并采用计算机，使航天器各种复杂控制任务能按一定意义的最佳结果完成。

要求飞行器完成飞行任务，必须对它的运动施加影响。各种飞行器的运动一般都分为绕其质心的角运动和质心的运动。对于这些运动有稳定和控制两方面的要求，稳定是指保持原有状态（姿态或位置），控制是指改变状态。在飞行器上的自动驾驶仪主要用来实现角运动的稳定。各种导航装置和制导装置与自动驾驶仪一起实现飞行器质心运动的控制。大多数飞行器质心运动的控制是通过控制角运动来实现的。例如要改变飞机或导弹的飞行高度，首先必须改变飞机或导弹的俯仰角（角运动参量），即改变迎角，进而改变升力，飞行高度才发生变化。在设计控制和导航系统时可先分别设计这两种系统，然后再综合起来设计。设计任何飞行器的控制和导航系统所依据的控制理论都是相同的，如经典控制理论、现代控制理论和大系统理论等。研制控制和导航系统的步骤大致是：先建立控制器（控制和导航系统）和被控对象（飞行器）的数学模型，这是关键的一步。数学模型的正确与否决定研制的成败。这一步的难点是获得飞行器的气动参数或动态参数和正确描述各种干扰（包括随机干扰）。其次是应用控制理论分析设计由控制和导航系统及飞行器所组成的回路，从而确定控制和导航系统的结构和参数，在这一基础上进行仿真试验，修改结构和参数。最后生产出实际系统，进行试飞或试靶，进一步修改结构和参数。当然，为了使控制和导航系统能真正用于飞行器上，还需要进行一些其他工作，如高温、低温、振动试验等。这些步骤往往需要多次反复。

现代飞行器的性能不断提高，所要完成的任务日益复杂,飞机控制和导航系统的发展趋势是多功能化(如三轴稳定、自动着陆、地形跟随等功能)和多模态化(如在自动着陆中要求自动下滑、自动拉平和自动滑跑等);导弹控制和制导系统的发展趋势则是多功能化和多目标化。航天器控制系统的发展趋势是综合化和自适应化。飞行器控制和导航正向数字化、综合化以至智能化的方向发展。现代飞机上出现的航空综合系统，导弹方面出现同时制导数枚导弹攻击多个目标的制导系统，航天站上出现的多级和分布式控制系统，都表明了这一发展趋向。　

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