飞行器飞行控制性能评估方法研究

李京浩 刘雪松 冯运辉

（91550部队大连116023）

飞行器飞行控制性能评估方法研究

李京浩 刘雪松 冯运辉

（91550部队大连116023）

论文基于飞行器作战性能考核目的，研究利用综合评估方法对飞行器飞行控制性能进行评估。首先根据飞行控制理论，把飞行控制性能评估分为制导系统、姿控系统及综合控制系统三方面的评估，并据此建立飞行器飞行控制性能评估指标体系；然后利用属性层次模型法进行各层指标的权重确定；最后利用飞行器试验数据和仿真数据进行综合计算，得出评估分值并进行分析。论文的工作验证了综合评估方法在飞行器飞行控制性能评估中的有效性和适用性，对飞行器性能考核以及控制系统鉴定等方面研究具有较好的参考意义。

飞行控制性能；综合评估；指标体系；属性层次模型

Class NumberV249

1 引言

飞行器研制和定型过程中，需要对其系统性能进行全面考核，而飞行控制性能作为飞行器的核心能力之一，与飞行器各项关键战技指标密切相关。因此对飞行器飞行控制性能进行正确评估是一项非常重要和有意义的工作。目前国内关于飞行器系统性能评估方面的研究［1～11］成果还比较少，且大部分研究都侧重于设计阶段的技术性能指标评估与验证。本文从飞行器试验鉴定角度出发，梳理分析能够反映飞行器作战性能的制导控制系统相关战技指标，并利用综合评估方法对飞行器的飞行控制性能进行了评估与分析。

2 飞行控制性能评估指标体系

对飞行器飞行控制性能进行评估，首先要对飞行控制过程进行深入分析［12］，对系统中的各个影响因素进行挑选、归纳和分类，明确各因素之间的关系，构建科学、合理、层次化的评估指标体系，然后利用合适的评估综合方法进行评估与鉴定［13～15］。

根据飞行器技术特点及试验鉴定需求，飞行控制性能评估指标体系既要符合飞行控制理论要求，又要能够反映飞行控制能力相关的战术技术性能。本文将飞行控制性能评估分解为制导系统、姿控系统以及综合控制系统三个分系统进行。把各分系统的性能影响因素提炼出来，按照从属和关联关系把它们按照一定的层次结构搭建起来，便构成了飞行器飞行控制性能评估指标体系。

根据制导、姿控以及综合控制系统特点，分别从制导系统的过程约束、控制量约束、指令平稳度、精度约束；姿控系统的动态品质、干扰适应能力、跟踪能力；综合控制系统的时序控制、供电能力、配电控制等方面进行综合分析，最终确定评估指标［16］。

2.1 制导系统性能评估指标

1）过程约束指标

飞行器在主动段主要依靠主发动机摆动实现制导控制，因此喷管摆角是非常重要的指标。另外，在飞行器飞行过程中过载和动压也受到严格限制，若超过最大值，可能会导致飞行器结构损坏或者影响级间分离，因此将这些约束条件作为制导系统性能指标来衡量系统性能。

2）控制量约束指标

飞行器制导过程控制量也存在着很多限制，比如攻角、攻角变化率、侧滑角、侧滑角变化率等都有最大变化范围的限制。因此将这些约束条件作为制导系统性能指标来衡量系统性能。

3）指令平稳度指标

飞行过程中，不仅对指令大小有一定约束，同时还要考虑指令的变化平稳度，如果输出的控制指令变化较大、较频繁，不仅会增大飞行器的能量损耗，同时也对控制系统和执行机构性能提出较高的要求。因此，从节约飞行器能量和降低控制与执行机构需求的角度出发，将指令平稳度作为性能评估指标。

4）精度约束指标

主动段误差包括初始误差、制导方法误差与制导工具误差，这些是影响飞行器落点精度的重要参数，因此将其作为精度评估指标，能够直接地评价制导控制系统的性能。

2.2 姿控系统性能评估指标

1）动态品质指标

系统动态品质的好坏直接影响着系统的整体性能，为了考察姿态控制系统各通道的动态品质，这里通过对系统输入响应的各指标进行分析，来评价各通道控制系统的精确性、快速性和平稳性指标。

2）适应性指标

飞行器控制系统是在不考虑外扰和内部不确定性情况下进行设计的。为了考察飞行器的适应能力，在仿真模型中加入干扰模型后进行多组不同干扰条件下的仿真，将对应的终端表现作为指标。干扰量包括大气密度偏差和风干扰。另外，末修姿控喷管总冲消耗量也可以反映姿控系统设计合理性。

3）跟踪能力指标

姿控系统的输入是制导系统输出的三个姿态角指令，如果不考虑伺服系统对控制效果产生的影响，则姿态角的实际值与指令偏差越小，说明姿控系统的控制效果越好。因此，将飞行过程中姿态角角指令的跟踪效果作为评价姿控系统性能的指标。

2.3 综合控制系统性能评估指标

1）时序控制

时序控制是综合控制最主要部分，飞行器发射后将会按照设计要求进行发动机点火、级间分离等时序。正确的时序控制是飞行器正常飞行的前提，时序控制越准确，飞行器飞行控制就越准确。因此时序控制效果是评价综合控制系统性能的重要指标。

2）供电能力

飞行器飞行过程中弹上各设备及火工品由控制电池和火工品电池进行供电。按照设计要求，电池电压必须满足一定输出条件，电压过高或过低都会影响设备正常运行。因此供电能力是评价综合控制系统性能的一项重要指标。

3）配电控制

由电池输出的一次电源必须由配电系统进行处理输出各种不同大小的二次电压，以满足不同设备需求。而二次电压也要满足设计条件，因此配电控制是评价综合控制系统性能的一项重要指标。

根据上述分析得到飞行器飞行控制性能评估指标体系，如图1～图3所示。

3 属性层次模型法

在多指标综合评估中，指标的权重和指标的单项值是影响合成结果的重要因素，在单项指标值已经确定的情况下，权重的改变无疑会导致评估结果的变化。因此在对指标进行综合时，首先也是最为重要的工作是对各指标进行赋权，赋权是否科学、合理，直接影响到最终评估结果的可信度和可靠性。

指标赋权方法的选择是评估过程中非常重要且不可或缺的一环。由于飞行控制性能评估可以建立层次化的评价指标体系，每层的指标因素之间相对独立，并且每层相互比较指标在九个以内，综合方法的适用性与计算易行性，多方面特点符合计算相对简单的属性层次模型（Attribute Hierarchical Method，AHM）法，因此本文采用AHM方法对制导系统指标进行赋权。下面首先对AHM方法进行简单说明。

3.1AHM评判模型

AHM方法通过两两比较的方法得到指标的权重值，并基于一种称为球赛模型的方法来进行两两重要性比较［17～21］。

设元素u1，u2，…，un为n个球队，每两个球队进行1场比赛，每场比赛为1分。ui和uj比赛(i≠j)。ui得分μij，uj得分μji，准则C为得分。问题：已知A=(uij)n×n，1≤i，j≤n，在准则C下对元素进行排序，即按得分多少对元素进行排序。

3.2 构造权向量

上述模型中，μij满足

满足上式的μ称为相对属性测度，矩阵A称为属性判断矩阵。如果μij＞μji，则称μij比μji强，记为μi＞μj。所属性判断矩阵A满足当μi＞μj，μj＞μk时，有μi＞μk，则称(μij)具有一致性。对属性判断矩阵一致性检验方法如下：

注：Ii非空是指对给定的i，至少存在一个j使μij＞0.5，即ui比uj强。所以Ii非空是指ui不是最小者。

ui的得分为为属性

其中

3.3 求解属性判断矩阵

AHM中的属性判断矩阵A=() μijn×n通常很难求出，可由层次分析法［2］中的比较判断矩阵B=() aijn×n中导出，转换公式为

其中k为大于2的正整数，β通常取1或2。

4 飞行控制性能评估综合计算

4.1 指标权重确定

首先利用AHM方法确定制导系统、姿控系统以及综合控制系统的指标权重，如表1～表3所示。

表1 制导系统指标判断矩阵

表2 姿控系统指标判断矩阵

表3 综合控制系统指标判断矩阵

4.2 综合计算及结果分析

通过上一节得到的各层指标的权重向量，自下向上逐层进行加权综合计算，最终得到评估结果，如表4～表6所示。

表4 制导系统性能评估结果表

表5 姿控系统性能评估结果表

表6 综合控制系统性能评估结果表

从评估结果看，制导系统性能评估分值为80.28，性能良好。通过2级指标分值可以看出，精度约束指标的分值相对较低，说明落点精度偏差较大；指令平稳度指标分值较高，过程约束指标和控制量约束指标均达到良好，说明飞行器的控制能力较强。姿控系统性能评估分值为87.03，性能良好。通过2级指标分值可以看出，动态品质性能良好，适应性和跟踪能力性能优秀，说明飞行器的飞行稳定性和抗干扰能力较强。综合控制系统性能评估分值为96.44，说明飞行器在时序控制、弹上测量、供配电方面性能优秀。

5 结语

综合评估方法可以为复杂的飞行器性能评估建立层次分明的指标体系，并把系统性能分解为可计算的量化指标。而AHM方法可以确定指标体系各指标间的从属和相对关系，进而计算出系统性能评估分值。

从本文工作可以看出，建立正确的指标体系以及各指标间合理的权重分配是综合评估方法的关键。飞行器飞行控制性能评估结果看，总体的评估结果与实际较为相符，很好地反映了飞行器的工作性能，综合评估方法的有效性和合理性得到了验证。

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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，工程师，研究方向：飞行器控制系统试验鉴定。