一种姿控发动机推力优化方法

大气层外飞行器的姿态控制一般采用姿控发动机的喷气控制,姿控发动机的推力水平直接影响到姿态控制的效果。从稳态推进剂消耗、抗干扰能力以及控制平稳性的角度对姿控发动机的推力设计要求进行了理论阐述。在此基础上,得到一个综合的指标函数,对其进行了优化和仿真验证。     

考虑姿控发动机布局耦合影响的飞行器姿态控制方法研究

空间飞行器姿态控制系统是一个MIMO非线性系统,其姿控执行机构通常由若干个脉冲工作状态的发动机组成.为减轻发动机质量,有时会选用发动机个数较少的布局方案,从而导致三通道控制力矩相关,引起附加的耦合问题(下称布局耦合问题).针对这一问题,采取反馈线性化方法,直接以发动机推力作为控制输入,在最小范数的约束条件下,得到了姿态解耦控制,有效地解决了发动机布局耦合问题.仿真结果验证了该姿态解耦控制方法的正确性.     

姿控发动机布局方式优化分析

在液体推进剂动力系统质量模型的基础上,针对采用双组元推进剂和挤压式输送系统的小推力空间飞行器姿控发动机,在控制总冲量和总冲量矩相同的情况下,对动力系统总质量最轻的姿控发动机最优布局方式进行了优化分析     

具有侧向脉冲推力的动能拦截弹姿控发动机组合点火研究

针对具有侧向脉冲推力和气动力复合控制的动能拦截弹,需要解决姿控发动机的组合点火问题.首先,建立了姿控发动机组合点火的模型;然后,在此模型基础上,设计了姿控发动机的点火规则,并对姿控发动机不同位置布局的能量利用率进行了分析;最后,通过仿真验证,结果验证了这种姿控发动机点火规则的可行性,对今后的研究工作具有一定的参考价值.     

应用PWPF调节器的空间飞行器姿态控制方法研究

针对使用常值推力发动机作为执行机构的空间飞行器姿态控制问题,提出了一种姿态控制器的模块化设计方法。该方法将姿态控制器按照控制功能的不同划分为2个主要的子控制器:面向弹体的连续状态子控制器和面向发动机开关逻辑规划的PWPF调制器。应用PWPF调制技术将连续控制器的指令离散化为姿控发动机的开关控制指令,整个控制方法有8个控制参数需要设计。运用相平面方法对系统的相轨迹进行了分析,根据相轨迹的特点提出了控制参数的整定方法。该模块化控制器设计方法的优点在于简化了复杂非连续控制系统的设计过程,实现了连续控制设计与开关控制设计的有机结合。仿真结果表明,该控制方法可靠有效,具有一定的工程应用价值。     

动能拦截器姿控固体小火箭点火算法设计

使用固体姿控小火箭是实现动能拦截器快响应和高精度姿态控制的最佳方案之一。针对一种新型动能拦截器姿控小火箭布局,提出了点火组合混合搜索算法。描述了动能拦截器姿控小火箭的配置方案,分析了弹体自旋需求。设计了一种结合目标排序法和区间搜索法的点火组合混合搜索算法:当可用小火箭个数较少时,采用目标排序法;当可用小火箭个数较多时,采用区间搜索法。指令力矩近似仿真结果及姿态控制数值仿真结果表明:该算法能够有效地近似指令力矩,实现快速高精度的姿态跟踪。     

“阿波罗”姿控发动机系统

本文介绍了美国阿波罗姿态控制发动机系统的一般概况。本文分两部分,这是第一部分。 第一部分介绍了阿波罗登月过程,姿控发动机安装、座标位置、控制规律及推力曲线的特点,并应用了阿波罗-4的遥测数据来说明这种姿控发动机的特点和它的脉冲工作状态。 第二部分包括用于登月舱和服务舱的R-4D-l发动机,用于指挥舱上的SE-A8发动机、带皮囊的推进剂贮箱,电磁活门、减压器及有关的活门和附件,还对三个舱的反作用姿控系统原理图作了介绍。     

助推滑翔飞行器复合控制系统线性化小偏差运动方程推导与控制系统设计

助推滑翔技术是制导武器实现增加射程、提高机动突防能力的关键技术之一,对飞行器姿态控制有较高的要求,需要设计复合控制方式的姿态控制系统.针对采用空气舵与燃气舵联动控制的飞行器,建立了动力学模型,详细推导了完整的三通道线性化小偏差运动方程,结合典型弹道数据给出了动力系数图像,分析了助推滑翔弹道各飞行段中飞行器的稳定性,在此基础上选取再入段低空飞行特征点进行了姿控系统设计,仿真结果验证了线性化小偏差运动方程的正确性和控制系统的有效性,为进行此类飞行器的稳定性分析与姿态控制系统设计提供了有益的参考.     

拦截器程序悬浮控制系统非线性稳定性分析

针对拦截器姿轨控发动机工作的本质非线性特性,采用基于谐波线性化建立的描述函数法进行系统稳定性分析;推导了非线性系统的Nyquist幅相判据,同时从工程应用出发,将Nyquist幅相判据转换为Bode图对数判据,一起分析了拦截器俯仰角控制、滚动角控制和位置控制的稳定性,并对姿轨控发动机的推力进行了拉偏,分析结果表明拦截器程序悬浮姿态控制和位置控制系统是稳定的.     

一种空间飞行器轨控发动机干扰力矩的测试方法

轨控发动机对空间飞行器姿态的干扰力矩是影响姿态估计精度的重要因素,为了解决轨控发动机干扰力矩在地面难以准确测量的问题,提出了一种在空中进行的轨控发动机干扰力矩测试方法.此方法通过在空间飞行器飞行过程中轨控发动机轮流开机,利用惯测组合陀螺记录弹体姿态角速度的变化情况,从而计算出轨控发动机的干扰力矩.数值仿真结果验证了该试验方法的有效性.     

一种变质心高速旋转炮弹鲁棒姿态控制律

针对采用变质心技术的高速旋转炮弹的姿态控制问题,提出一种基于扩张状态观测器的动态面控制方法。根据由弹体和单滑块组成的多体系统的特点,建立了系统的姿态动力学模型,并对其进行了合理的简化。将系统的滚转通道引起的强耦合、建模误差及外部扰动等视为未知不确定干扰,并且考虑由于炮弹尺寸限制而引起的多体系统控制输入(滑块位移)的有限性,设计了扩张状态观测器和辅助系统,分别对系统的干扰进行观测以及处理控制输入的有限性,综合动态面控制技术设计了姿态控制律,最后基于李雅普诺夫稳定性原理证明了控制器的稳定性。仿真结果表明,该控制器能够在克服干扰的前提下快速稳定地跟踪指令信号,具有良好的控制精度和鲁棒性。     

双层气囊隔振装置多目标协同姿态控制方法

针对双层气囊隔振装置高精度姿态平衡控制需求,提出多目标协同姿态控制方法。通过建立双层隔振装置动力学模型、充放气控制等效作用力模型,建立了控制响应特性分析模型。并基于多目标满意优化方法建立了多目标协同姿态控制方法,使得双层气囊隔振装置能够较好地适应上下层气囊隔振装置姿态耦合,实现姿态平衡控制,并可有效抑制结构弹性变形对姿态平衡控制的影响。在双层气囊隔振装置上验证了该控制方法的可行性。该方法将用于某型船舶大型发电机组双层气囊隔振系统,实现双层气囊隔振装置柔性支撑状态下的姿态平衡控制。     

空气弹簧隔振平台姿态模糊控制研究

空气弹簧隔振器在舰船上已经被广泛使用,但是空气弹簧漏气往往造成隔振平台姿态倾斜或者高度下降,严重影响设备的正常工作以及隔振性能.因此,检测漏气情况以及保持平台姿态平稳是空气弹簧隔振系统需要解决的关键技术问题.由于大型设备的空气弹簧隔振平台结构往往非常复杂,很难建立其精确的数学模型,常规的依靠精确模型的控制策略在这里无法奏效.文中分析了空气弹簧漏气对隔振平台姿态的影响,提出了一种漏气快速检测方法,利用模糊控制理论对空气弹簧隔振平台的姿态控制进行了研究和试验.试验结果表明,空气弹簧隔振系统姿态模糊控制技术是完全可行的,效果良好.     

单框架控制力矩陀螺部分失效时的空间站姿态机动方法

对金字塔构型单框架控制力矩陀螺(SGCMG)的失效特性进行分析。结合SGCMG部分失效的特点,构建运用Legendre伪谱法的重规划姿态机动路径求解方法。考虑SGCMG失效情况的不可预测性,设计自适应操纵律,该操纵律可以根据指令力矩与输出力矩的偏差对SGCMG的失效情况进行诊断,从而调节操纵律的内部参数,实现失效情况操纵律的自适应调节。仿真结果表明,采用姿态机动路径重规划算法与自适应操纵律,在控制力矩陀螺部分失效的情况下,仍可以实现空间站的大角度姿态机动。姿态机动方法可以有效应对空间站大角度姿态机动过程中可能出现的SGCMG部分失效情况,从而提高空间站姿态机动任务的安全性与可靠性。     

大型空间结构姿态动力学和控制

本文提出了一个带大型太阳帆板的飞船和一个带液体贮箱的飞船对接而成的大型空间结构,采用有限元法和模态综合法建立系统的姿态动力学方程,并进一步设计了一个鲁棒的模型参考自适应控制系统,且对此系统进行了数字仿真。     

大气层内燃气动力与气动力复合控制方法探讨

对采用燃气动力(直接力)与气动力复合控制技术的控制方式、姿控发动机控制周期、点火逻辑及姿控发动机启控策略等进行了初步探讨。重点对采用燃气动力/气动力复合控制方式中舵系统的工作模式进行了探讨及仿真研究,对姿控发动机控制周期及控制回路工作周期对制导精度的影响进行了初步仿真研究。通过仿真研究表明:在末制导阶段,采用燃气动力/气动力复合控制方式可提高导弹的快速性,进而提高导弹的制导控制精度。     

空间应急飞行器姿态快速机动控制研究

以空间应急飞行器姿态机动快速控制过程为研究对象,对姿态快速解耦控制问题进行研究.采用决策树理论对时间最优控制和倾斜开关曲线控制这两种控制策略进行综合,以控制时间作为代价函数,获得三通道时间最优控制策略.与其他方法相比,本控制策略控制时间大幅缩短,控制精度满足设计需求.另外对控制器不同控制周期下的控制效果进行仿真比较,对控制器控制周期选择具有指导意义.     

滑模变结构控制的月球着陆舱姿态控制系统设计

在我国的探月计划中,要实现月球探测器软着陆于月球表面.在分析月球着陆舱软着陆段的飞行任务对于姿态控制要求的基础上,基于滑模变结构控制方法,根据实际姿态角和期望姿态角的偏差,给出了线性滑动模态面的切换方程,采用指数趋近律和边界层削抖的方法,推导出期望控制力矩的计算公式.并研究了姿控发动机的配置特点和点火逻辑.给出了由期望力矩计算实际控制力矩的方法.仿真结果表明,该姿态控制系统能迅速地将着陆舱跟踪到期望姿态.着陆舱经过514s飞行,在距月面2 km处将速度减为零,将姿态调整到垂直向下,完成了飞行任务.飞行轨迹比较平滑,具有较好的鲁棒性和自适应性.     

利用线阵CCD自动测量MSBS中悬浮模型的位置与姿态

以我国自行研制的磁悬挂天平系统为背景,主要研究了利用线阵CCD传感器构建MSBS的模型位置与姿态测量系统以及相应的传感器配置方案、信号转换、测量原理和测量流程等问题。该系统的位置与姿态测量系统以两组共5片线阵CCD作为MSBS中悬浮模型的5自由度位置与姿态传感器,以串联的多级惯性环节电路为脉宽-电压转换电路,将测量信号分别输入控制回路和校准测量回路。文中详细介绍了5片CCD传感器的配置方案及其测量原理,然后研究了使用多级惯性环节实现脉宽-电压信号的转换问题,并对该方案进行了理论分析和仿真,最后研究了利用CCD的测量信号反演悬浮模型位置与姿态的数学原理及其自动测量流程。     

伺服机构故障下基于线性规划的运载火箭姿控系统重构控制

发动机伺服机构故障给新一代运载火箭姿控系统的可靠性和安全性带来挑战,亟须开展重构控制策略研究。针对这一问题,提出一种基于线性规划的摆角重构控制分配方法。将伺服机构故障下的摆角分配问题转化为1范数单目标有约束优化问题,进而转化为标准的线性规划模型,采用单纯形法进行求解。仿真结果表明,所提出的线性规划法能够实现伺服机构故障下姿控系统的完全重构,各摆角均未达到饱和值,表明了方法的有效性。