质量矩控制自旋弹弹体性能分析

研究了径向滑块做与弹旋等频的正弦运动时自旋导弹弹体的性能问题.增加滑块质量是提高导弹机动能力的必要条件,但由此带来的惯性力却降低了系统性能.与滑块状态有关的惯性力在弹体系下可分解为相对惯性力、哥氏惯性力、切向惯性力和离心惯性力,分析了惯性力对系统章动和进动的影响,研究了如何降低惯性力的负面效应.研究结果表明:切向惯性力的变化导致导弹惯性主轴频繁偏移;导弹自旋一周后附加离心惯性力、附加哥氏惯性力和附加相对惯性力对弹体的等效控制力不为零;降低滑块导轨与导弹横向惯性主轴之间的距离可有效降低惯性力对系统的影响.     

纳卫星变轨段质量矩姿态控制系统设计

提出应用质量矩控制技术实现纳卫星轨道机动过程中的姿态稳定控制。在设计出质量矩滑块构型后,利用动量和动量矩定理推导了八自由度(DOF)动力学模型,并根据动力学分析结果建立了简化控制模型。以此为基础,基于全局滑模控制理论设计了俯仰偏航通道姿态稳定和滑块位置跟踪的鲁棒控制器,并在参数不确定性条件下对控制系统进行了仿真,结果表明:所设计的二维质量矩控制系统能快速控制卫星姿态,并对系统扰动具有较强的鲁棒性,可以应用于纳卫星变轨段的姿态控制。     

超声速条件下内埋式武器分离特性的数值分析

采用非结构动网格技术,耦合求解欧拉方程和六自由度(6-DOF)运动方程,对内埋式导弹在亚声速和超声速条件下的分离轨迹和姿态变化进行了比较,分析了不同马赫数下气动力对导弹分离特性的影响,重点讨论了超声速条件下导弹分离过程中相对于载机的位置和导弹的姿态变化情况,分析了超声速飞行环境下导弹安全分离的条件.     

载人月球探测器着陆缓冲机构构型方案研究

针对铝蜂窝缓冲器永久变形不利于探测器姿态调整的问题,提出了一种悬臂式着陆缓冲机构构型方案,采用丝杠滑块装置实现探测器姿态调整、着陆腿展开和收拢等功能,并开展了该机构参数设计和载荷分析。通过建立动力学模型,进行了着陆及姿态调整动力学仿真计算,验证了构型尺寸与载荷参数正确性。可为后续载人月球探测的着陆缓冲机构方案设计提供参考。     

地空导弹行进间稳定发射平台技术研究

通过对地空导弹行进间稳定发射平台进行技术研究,重点解决行进间发射平台的姿态测量精度和动态水平稳定控制等技术难题,为行进间发射导弹提供稳定的发射平台.     

基于内模原理的变质心弹头控制

研究了变质心弹头对配平攻角的能达性条件。针对气动力矩小于滑块惯性力矩的控制失稳问题,利用内模原理,通过增加滑块动力学观测器,将滑块状态引入并结合逆解耦机制,达到去惯性力矩化的局部姿态角速度反馈条件,使用自适应PD控制实现弱气动环境下的变质心稳定控制。仿真结果验证了该方法的有效性。     

基于神经网络动态逆的大迎角导弹解耦设计

导弹大迎角飞行时,系统非线性特性非常明显,各通道间有很严重的气动交叉耦合现象.为实现对系统的非线性解耦,构造了基于神经网络动态逆的大迎角导弹解耦控制器,设计了非线性动态逆系统,利用RBF神经网络逼近逆误差.仿真实验结果表明:所设计的控制系统具有良好的解耦和指令跟踪能力.     

基于Matlab/FlightGear的导弹飞行姿态与 轨迹可视化系统

在导弹6自由度运动学方程组的基础上构建了6自由度矩阵式运动学方程组,使用Matlab/Simulink编程工具构建了导弹的非线性6自由度矩阵式Simulink模型.利用AC3D软件建立导弹的三维物理模型,在对指定部位设置了对象名称后,将其导入至FlightGear中.最后,通过数据接口将Simulink中的仿真数据传输至FlightGear,从而控制导弹的飞行姿态与轨迹,并在FlightGear中实时显示.该可视化仿真可以多视角全方位直观地显示导弹的飞行姿态与轨迹,为导弹的可视化研究提供了便利的方法.     

基于Matlab/Simulink的潜地导弹出水运动仿真

为研究潜地导弹出水运动特性，建立潜地导弹出水运动数学模型，并在Matlab／Simulink环境下，建立潜地导弹出水运动仿真模型，进行数字仿真。仿真实验表明，该仿真模型较好地模拟了潜地导弹出水运动，为进一步研究潜地导弹出水运动及出水姿态打下基础。     

潜地导弹出筒运动仿真

导弹的出筒运动决定了导弹水中运动的初始参数,直接影响导弹的水中弹道。通过建立潜地导弹出筒运动模型,研究导弹在出筒运动中所受到的外力以及在外力作用下导弹出筒参数的变化,分析潜艇的摇摆运动对导弹出筒速度和姿态的影响。仿真计算结果表明:潜艇的摇摆运动对导弹的出筒速度影响很小,对导弹的出筒姿态角影响较大,特别是潜艇的纵摇运动对导弹出筒姿态角的影响比较显著,且潜艇摇摆运动的周期越大,导弹的出筒姿态越接近垂直。     

克服旋转飞行器螺旋运动的方法研究

旋转飞行器虽然具有内在稳定性，但在飞行过程中一些不确定因素会导致飞行器产生螺旋运动，而非理想的关于角动量矢量纯粹的旋转运动。结合旋转飞行器自身的特点，借鉴自旋卫生的被动章动阻尼的方法，提出了一种通过主动控制飞行器内部质量块的运动使得飞行器碑的惯量主轴发生偏移，惯量矩阵由原来的对称阵变为含有非零非对角元素的矩阵，从而改变飞行器的姿态角运动来克服螺旋运动的方法，这将有助于提高旋转飞行器的资态控制精度。以某型旋转飞行器为背景进行仿真研究，计算结果证实了该方法的有效性和可行性。     

质量矩再入飞行器的参数优化和性能分析

 为满足模型的有效性和可操作性,提出了以个体为对象的质量矩再入飞行器（MMV）动力学分析方法,即依靠内力和过载等物理量定性分析并设计主要参数后,再写出姿态、滑块完整动力学方程。该方程在保证MMV机动性不变的前提下,降低了系统耦合性;以驱动滑块运动的内力为控制量的简化方程是仿射型非线性方程,与精确方程的状态响应相比迎角偏差在0.01°以内,因此该方法降低了自动驾驶仪的设计难度。     

PID控制器与CFD的耦合模拟技术研究及应用

飞行控制系统（FCS）与计算流体力学（CFD）的耦合求解是一个崭新的研究领域。传统的飞行控制系统的工程仿真方法依靠气动力模型或气动力数据库得到不同飞行姿态的气动力;而当前方法通过耦合求解Navier-Stokes方程和刚体动力学方程（RBD）以获取飞行器运动过程实时流场和非定常气动力。由于充分反映了气动力的非定常、非线性效应,因而从根本上保证了飞行控制系统仿真的精度。以方形截面导弹俯仰姿态控制为例,首先给出了系统的传递函数,并基于系统在单位阶跃舵偏操纵下的开环响应特性,提出了传递函数的修正方法,进而设计了该外形俯仰姿态控制的PID控制器。数值模拟了不同控制参数时,P控制器、PD控制器和PID控制器的控制效果。针对不同的控制指令,根据建立的控制律,数值模拟了飞行器在PID控制器作用下的实时响应过程,最终成功实现了对飞行器的俯仰姿态控制。研究发现,当飞行器作慢速机动时,工程仿真与CFD数值计算的结果吻合很好,两种方法可以互相验证;但快速机动时,两种方法给出的结果差异明显,基于CFD的耦合模拟方法由于模拟了飞行器运动和舵面偏转导致的非定常流动过程,其结果比基于静态气动力的工程方法的可靠性更高。在大攻角和快速机动等非定常效应较强时,采用CFD方法评估和验证飞行控制系统是很有必要的。     

Rotational maneuver of nonlinear uncertain elastic spacecraft

The question of attitude control and elastic mode stabilization of a spacecraft (orbiter) with beam-tip-mass-type payloads is considered. A three-axis moment control law is derived to control the attitude of the spacecraft. The derivation of the control moments acting on the spacecraft does not require any information on the system dynamics. The control law includes a reference model and a dynamic compensator in the feedback path. For damping out the elastic motion excited by the slewing maneuver, an elastic mode stabilizer is designed. The stabilization is achieved by modal velocity feedback using force and torque actuators located at the payload end of the elastic beam. Collocated actuators and sensors provide robust stabilization. Simulation results are presented to show that rotational maneuvers and vibration stabilization can be accomplished in the closed-loop systems despite the presence of model uncertainty and disturbance torque in the system     

快速定位定向系统设计及车载实验研究

定位定向系统是能为载体提供精确地理位置坐标、指北方向和姿态角的导航系统,通常用于舰船、飞机、车辆等功能平台,为平台上的设备提供准确的位置和姿态参考信息.本文针对车载平台机动性高的特点,设计能够实现运动中对准的快速定位定向系统,开展捷联惯导数字递推算法、航位推算、多源信息组合导航、动基座对准算法、系统免标定、误差补偿等算法和技术研究.最后,开展静态对准、静态导航和动态车载实验研究.实验结果表明,动态对准时间小于5min,对准姿态精度小于1mil,方位保持精度小于1mil/2h,横滚角、俯仰角保持精度小于0.5mil/2h,里程计/惯导组合水平定位精度小于0.15％D,卫星/惯导组合水平定位精度小于10m.     

High precision attitude dynamic tracking control of a moving space target

On-orbit spacecraft face many threats, such as collisions with debris or other spacecraft.Therefore, perception of the surrounding space environment is vitally important for on-orbit spacecraft.Spacecraft require a dynamic attitude tracking ability with high precision for such missions.This paper aims to address the above problem using an improved backstepping controller.The tracking mission is divided into two phases: coarse alignment and fine alignment.In the first phase,a traditional saturation controller is utilized to limit the maximum attitude angular velocity according to the actuator's ability.For the second phase, the proposed backstepping controller with different virtual control inputs is applied to track the moving target.To fulfill the high precision attitude tracking requirements, a hybrid attitude control actuator consisting of a Control Moment Gyro(CMG) and Reaction Wheel(RW) is constructed, which can simultaneously avoid the CMG singularity and RW saturation through the use of an angular momentum optimal management strategy, such as null motion.Finally, five simulation scenarios were carried out to demonstrate the effectiveness of the proposed control strategy and hybrid actuator.     

移动质心再入飞行器建模及自抗扰滚动控制

基于移动质心滚动控制方案,研究了其动力学系统建模和非线性耦合系统控制的问题。不同于移动质心控制系统建模中常用的牛顿力学建模和常规拉格朗日建模法,采用准坐标形式的拉格朗日法建立了完整的系统动力学方程,避免了牛顿力学中复杂的相互作用力分析和常规拉格朗日建模法物理意义不明确的缺点。鉴于移动质心滚动控制系统的非线性、耦合性和时变性,提出把系统的非线性耦合项和外部干扰统归为未知扰动,并采用自抗扰控制(ADRC)技术进行估计和补偿,相对于常用的比例微分(PD)控制,自抗扰控制器能更好地适应系统参数的变化,具有很强的鲁棒性。最后,通过数学仿真验证了整个控制方案的可行性。     

质量矩固体推进微纳卫星自适应反演控制律设计

为解决微纳卫星利用固体火箭推进器进行快速轨道机动时的姿态翻滚问题,提出了利用质量矩技术对卫星的俯仰、偏航通道姿态进行稳定控制。首先考虑推进剂燃烧、质量块运动等因素引起的系统质量特性参数的变化,建立质量矩固体推进微纳卫星姿态动力学模型;然后分析了推进剂燃烧、质量矩控制引入的系统模型参数不确定性、连续有界未知干扰;随后基于反演控制方法,设计了卫星姿态角和姿态角速度双回路自适应滑模动态面控制器,利用自适应算法调节控制参数估计来补偿不确定因素的影响;基于Lyapunov函数证明了闭环系统的稳定性。最后,通过数值仿真验证了控制算法的有效性。     

Integrated guidance and control design of a flight vehicle with side-window detection

This paper considers the guidance and control problem of a flight vehicle with side-window detection. In order to guarantee the target remaining in the seeker's sight of view, the line of sight and the attitude of the flight vehicle should be under some constraints caused by the side-window, which leads to coupling between the guidance and the attitude dynamics model. To deal with the side-window constraints and the coupling, a novel Integrated Guidance and Control (IGC) design approach is proposed. Firstly, the relative motion equations are derived in the body-Line of Sight (LOS) coordinate system. And the guidance and control problem of the flight vehicle is formulated into an IGC problem with state constraints. Then, based on the singular perturbation method, the IGC problem is decomposed into the control design of the quasi-steady-state subsystem and the boundary-layer subsystem which can be designed separately. Finally, the receding horizon control is applied to the control design for the two subsystems. Simulation results show the effectiveness of the proposed approach.     

Attitude stabilization and control of earth satellites

In this paper a survey is made of some aspects of satellite attitude stabilization and control. After a brief discussion of the equations of motion governing the satellite's behaviour, the various disturbing torques acting on a satellite in a space environment are considered. Quantitative values for a hypothetical satellite are discussed. Next, attention is given to several methods of attitude stabilization and control. The analysis is based on the various means to exert torques on the satellite for control purposes. Passive methods, such as spin-stabilization and gravity-gradient stabilization, are discussed in some detail. Not only are the basic principles involved indicated, but also some quantitative values of the variables concerned are mentioned where possible.