考虑终端姿态约束的分段迭代制导方法

对有主动段终端姿态约束的运载火箭制导控制问题进行研究,提出一种考虑终端姿态约束的分段迭代制导方法。该方法将末级主动段的制导控制分为2段,占大部分飞行时间的主动段前段采用考虑终端位置、速度约束的迭代制导方法以最大化运载能力,主动段末段采用考虑终端速度、姿态约束的迭代制导方法在实现精确入轨的同时控制终端姿态。仿真结果表明该方法能同时满足轨道根数约束和终端姿态约束,且推进剂消耗量和传统迭代制导方法相当。     

迭代制导在运载火箭上的应用研究

迭代制导是直接终端制导,是运载火箭路线自适应制导方法的一种。从20世纪60年代末开始,在运载火箭上得到了广泛的应用。它的主要特点是制导精度高、任务适应性强、箭上飞行软件简单、对地面诸元准备要求相对较低。迭代制导基于火箭自适应制导的基本原理：即对于确定的目标轨道,最优飞行程序是瞬时飞行状态和瞬时视加速度的复杂函数,利用简化形式下最优控制求解的必要条件,对火箭末级的关机时间进行迭代,可以得到一套解析制导方程。基于运载火箭的实际飞行情况,建立了迭代制导的工程计算模型,并结合某型号进行大量的实例计算分析,对迭代制导的制导精度、自适应能力等方面进行研究。     

迭代制导情况下姿态控制系统稳定性分析方法研究

为了提高火箭的入轨精度和轨道适应能力,我国在新一代运载火箭末级中采用了迭代制导技术,俯仰、偏航程序角根据火箭运动状态和目标轨道参数实时变化,目前工程设计中仍按照固定程序角方式开展稳定性分析。本文推导出迭代制导程序角与火箭速度、位置之间的线性关系式,在国内首次提出了迭代制导情况下的稳定性分析方法,并以新一代运载火箭为例进行了实例计算,结果表明此分析方法正确、可行,具有一定的参考价值。     

适应“动力-滑行-动力”任务的增强型迭代制导方法

针对运载火箭在“动力-滑行-动力”飞行任务中,迭代制导精度下降和入轨姿态散布增大的问题,提出了一种具有终端姿态约束和发动机后效控制能力的“动力-滑行-动力”增强型迭代制导方法。首先,针对长推进弧飞行任务,采用数值迭代计算改进重力积分预测和待飞时间估计,利用现有箭载算力提升燃料最优性和任务适应性。然后,考虑到火箭低液位浅箱起动需求,设计了终端姿态偏差补偿方法,减小制导控制终端姿态散布。其次,针对迭代制导关机后的发动机后效控制问题,设计了关机后效矢量偏差补偿方法,补偿关机时刻的后效矢量偏差对入轨精度的不利影响。最后,综合数值迭代计算、终端姿态偏差补偿以及推力后效矢量偏差补偿,在传统迭代制导框架下形成了“动力-滑行-动力”增强型迭代制导方法。数学仿真分析表明,本文提出的增强型迭代制导方法能够实现高精度入轨和减小终端姿态散布。     

小型固体运载火箭迭代制导方法研究

通过引入“平均引力”的简化假设 ,利用Pontiyagin极小原理推导了一组可自动起步 ,满足 1～ 5个卫星轨道终端条件的迭代制导方程 ,并应用于小型固体运载火箭三级飞行段、滑行段以及入轨段的制导控制     

自适应预测补偿的迭代制导方法及其应用研究

针对迭代制导完成后入轨参数或终端程序角修正问题,研究一种基于模型参考的自适应预测补偿迭代制导算法在运载火箭上的应用。该算法在经典迭代制导算法的基础上,根据预测的迭代终端程序角和飞行视加速度的参考模型,对关机点参数进行补偿,依据补偿后的终端指标重新规划飞行轨迹,进而得出满足入轨参数或终端程序角偏差修正的制导指令,提升迭代制导对入轨参数偏差或终端程序角的修正能力。此外,阐述了经典迭代制导的基本算法,概括了自适应预测补偿迭代制导算法的基本原理,并以大推力直接入轨、终端程序角大偏差以及满足终端程序角约束为例,给出相应工况的自适应预测补偿的迭代制导算法。仿真结果表明：该算法对入轨参数和终端程序角偏差具有一定的修正能力。     

终端角度约束制导及制导控制一体化方法综述

针对制导武器终端角度约束下的制导方法和制导控制一体化方法进行综述。首先,对比分析了几种典型的终端角度约束定义,针对二维、三维交战场景构建了面向终端角度约束的制导及制导控制一体化设计的状态空间模型;其次,针对终端角度约束下的制导方法以及制导控制一体化设计方法进行分类、归纳总结与对比;最后,针对终端角度约束制导和制导控制一体化设计中存在的多约束落角控制、信息估计、落角范围估计、协同制导等问题进行了展望。     

一种适用于目标圆轨道的空间变轨迭代制导算法研究

迭代制导方法在运载火箭上升段入轨问题中已有成熟应用。本文针对空间变轨任务,提出一种适用于目标轨道为圆轨道情形的,以轨道要素为终端约束的迭代制导方法。在迭代制导方法的基础上,以推力方向矢量为控制量,推导直接以目标圆轨道的轨道要素为终端约束的边界条件,得到一种简单有效、适应大姿态角变化的迭代制导算法。通过仿真验证了改进方法的有效性和较高的入轨精度。     

非凸二次约束下航天器姿态机动路径迭代规划方法

针对复杂约束下航天器姿态机动路径规划问题,首先描述和分析了航天器姿态机动过程中面临的动力学和运动学约束、有界约束、姿态指向约束,把姿态指向约束利用非凸二次型进行表述;其次从能量最优角度出发,将该约束机动问题归纳为非凸二次约束二次规划问题;然后引入线性松弛技术,将该问题转化成双线性规划问题,求出其中一个变量的凸包络和凹包络,降低求解复杂度,从而求出原问题的一个线性松弛。同时为了提高求解精度,提出一种基于评价函数的迭代规划算法,利用线性松弛求出的解作为初值,通过评价函数进行迭代规划,最终求出原问题的最优解。仿真结果表明该方法不仅可以满足复杂的姿态约束,得到全局姿态优化路径,而且能够降低能量消耗。     

运载火箭六自由度仿真原理与实现

给出了运载火箭六自由度运动数学模型,阐述了六自由度数学仿真的一般原理,重点讨论了其工程实现中的关键技术问题,并以某型号为背景进行了制导精度和控制系统稳定性六自由度仿真试验,验证了仿真方案与技术途径的正确性。     

运载火箭姿控对迭代制导适应性分析的仿真方法研究

首先给出了迭代制导方法,然后建立了姿态动力学全量数学模型,在考虑弹性振动和液体晃动的情况下,进行了制导与姿控系统的六自由度联合仿真.仿真结果表明,在迭代制导实时优化输出程序角的情况下,姿控系统具有良好的跟踪性能;在制导与姿控子系统相互作用的情况下,能够确保制导程序角的收敛和姿态的稳定.     

快速交会对接若干关键技术问题研究

综合相关文献,提炼出调相轨道设计,入轨精度对调相的影响评估和可变推力下入轨精度改进效果分析等快速交会对接关键技术问题.对比天宫和国际空间站的对接模式差异,比较分析了3种备选快速对接调相轨道的优缺点,给出了合理可行的实现建议.仿真分析表明,圆调相轨道、增大轨道差和双调相轨道配置有利于快速交会对接的灵活实现.通过对调相轨道和入轨精度匹配性的量化分析,提出了运载火箭进一步提高入轨精度的实现方法,为快速交会对接方案提供了有益参考.     

国外运载火箭的发射失败与对策

文中介绍了国外一些运载火箭发射失败的原因分析与采取的改进措施。从大量的发射失败中可看出推进系统一直是运载火箭发射的致命弱点,而在造成失败的故障中人为因素、工艺不当又占居相当比重。采取对策的目的是确定减少未来运载火箭发射失败的关键技术与工艺。     

一种用于仿真的智能控制台

仿真控制台在运载火箭姿态控制系统的半实物仿真试验中占有重要的地位。智能控制台的功能、特点、组成和计算机系统的配置,及硬件、软件在文中进行了介绍。     

某系列运载火箭多射向发射姿态控制方案研究

介绍了某系列运载火箭实现多射向发射的几种方案 ,比较了它们的优缺点。重点对转动平台和由箭载计算机实现的两种方案从姿态控制系统角度进行了阐述     

运载器饱和非线性姿态控制系统稳定性分析

简要介绍了用描述函数分析饱和非线性系统稳定性的方法,然后在此基础上给出了适合于工程的饱和非线性系统稳定裕度的定义,研究了舵偏角不满足近似关系时,正弦函数非线性对姿控系统稳定性的影响,最后计算了某运载器的伺服机构处于饱和状态时姿态控制系统的稳定裕度。     

变结构自适应控制理论在运载火箭姿控系统设计中的应用

针对大型运载火箭姿态控制系统设计的一些具体问题,如弹性振动的抑制、外部干扰的补偿等,探讨了变结构自适应理论在运载火箭姿态控制系统设计中的应用方法及其可行性。对于变结构理论的应用方法,提出了不确定性边界的自适应估值算法和基于简化模型的变结构自适应控制器设计。对设计的姿态控制系统进行了仿真,并与采用古典理论设计的姿态控制系统性能进行了比较。结果表明采用变结构自适应控制理论设计运载火箭控制系统是可行的,与古典方法相比变结构自适应方法设计的姿态控制系统具有较强的鲁棒性和较高的精确度,特别是采用不确定边界自适应估算方法可以大大提高系统的稳定性。