固体微推力器阵列的推力估计与分配补偿方法

针对固体微推力器阵列(SPMA)中微推力器一次性点火，推力测试中难以获得精确推力的特点，为实现推力在线估计和实时补偿，提出一种利用二次规划对微推力器阵列推力进行估计，同时结合混合整数规划算法进行推力分配的方法，对估计算法收敛性以及控制系统稳定性进行了分析。该方法在不修改控制律的前提下，对推力器推力进行在线估计，并采用推力分配的方法实时补偿推力器出现的推力偏差，对系统稳定性的分析证明该方法可以保证系统的有界稳定。将其应用到微纳卫星编队保持中，仿真结果表明，在微推力器阵列出现推力偏差的情况下，该方法能很好地补偿推力偏差对控制系统造成的影响。     

一种基于模型预测的火星返回推力器容错控制再分配方法

针对火星返回上升器由于环境等因素造成的推力器故障导致的姿态控制系统失稳而难以安全返回的严重问题，提出基于模型预测的动态容错控制再分配方法。根据推力器动态特性建立上升器推力分配模型，对模型参数误差进行实时估计从而修正分配模型，根据模型预测自适应推力再分配方法实施容错控制。同时，将推力器输出限制作为优化求解器的约束，并将推力器故障模型作为优化求解的约束域，实现最小化分配误差和最小化燃料消耗意义下的最优推力再分配。计算机仿真表明了该方法的可行性和实用性，获得了满意的结果，它能使推力器输出推力误差降低60%以上，姿态控制系统能在故障状态下3～5 s快速镇定。     

运载火箭推力下降后的控制力矩重构分析

针对现役捆绑火箭在飞行中发生推力突降的问题,提出了一种基于改进单纯形法的控制分配策略。利用故障前后火箭控制力矩相等的思想,将推力下降后火箭发动机摆角的重新分配问题转化为目标函数约束下的线性分配问题,通过改进单纯形法进行了有效求解。结果表明,偏航角在关机故障发生后可以迅速恢复至平衡状态,滚转角在小幅抖震后同样快速到达稳定,该方法可以有效地改善火箭突发推力下降后控制能力减弱的问题,并维持故障后火箭姿态的平稳,对运载火箭姿态重构研究具有理论意义与工程应用价值。     

基于惯组信息的运载火箭主发动机推力故障在线辨识

研究了运载火箭基于动力学与运动学模型的主发动机故障下的推力在线辨识问题,仅基于导航敏感器件的惯性测量信息,利用多信息融合的带遗忘因子的最小二乘法,实现了发动机推力大小的在线实时辨识,通过辨识的推力大小进而对发动机进行故障诊断。仿真结果表明,该方法能够准确快速地辨识出发动机推力大小的变化。     

轨道机动过程中推力加速度的实时最小方差估计

飞行器轨道机动过程中，为跟踪、定位机动目标和干预机动控制过程，需要统计处理离散的雷达观测量实时估计推进发动机的推力，进而确定飞行器的瞬时轨道参数。本文所述算法是该工程问题的探讨和解决方案。文章建立了轨道机动过程中连续变质量运动模型和离散雷达量测模型，推进发动机的质量秒耗量作为表征推力加速度的一个近似常量，应用扩展卡尔曼滤波对离散的雷达测量数据进行顺序统计处理给出秒耗量的最小方差估计；文章详细地推导了线性化量模型的变分方程和观测矩阵；仿真结果表明该算法能快速、准确地估计推进发动机的质量秒耗量和向机动目标施加的实际推力。     

基于导航定位原理的火箭涡轮泵轴承故障诊断

为准确判断火箭发动机涡轮泵轴承在试验台上试验时发生故障的部位，同时避免通过轴承特征频率诊断轴承故障的方法所带来的不确定性，基于GPS卫星导航定位原理，利用时幅曲线的相位信息，提出一种新的轴承故障诊断方法:振源坐标定位法，即通过四个已知坐标的振动传感器测得同一振动波的时幅曲线相位差判定振源位置。将试验台上轴承和四个振动信号传感器安放在坐标已知的直角坐标系中，利用时幅曲线拐点分析法准确捕获振动信号到达四个传感器的时刻，再利用这四个时刻和已知坐标计算出振源位置坐标，最后根据振源位置坐标判断其是否为轴承故障及具体故障部位。通过仿真计算证明该方法理论上可行。     

卫星在轨故障定位的系统分析方法

近年发射的卫星数量与日俱增，在轨卫星故障案例也随之增多，造成许多重大损失。在此背景下，文章提出了一种卫星在轨故障定位的系统分析方法，给出了系统分析流程和方法，通过三系统关联故障分析、通路故障分析和总线故障分析将系统级故障逐步分解，转化为设备级故障，最终通过试验验证将故障定位，同时给出了计算机辅助分析方法。该方法系统性强，快速易用，定位准确，已经在多次卫星在轨重大故障定位中得到了应用，效果良好。     

适应运载火箭推力下降故障的神经网络容错控制方法

针对运载火箭单台发动机推力下降故障,提出了一种基于径向基神经网络(Radial Basis Function Neural Network,RBFNN)的容错姿态控制方法。该方法无需故障诊断系统,根据运载火箭姿态动力学控制通用模型,使用RBFNN在线辨识并补偿模型的故障变化和不确定干扰,得出容错控制律。仿真结果表明,在单台发动机发生推力下降故障时,本文方法与传统PD方法、自适应增广控制方法(Adaptive Augment Control,AAC)相比,可有效保证姿态稳定和控制精度。     

轨道机动时考虑延迟的卫星姿态稳定控制方法

轨道机动时,测量与传输延迟,以及偏心推力对卫星姿态的持续扰动,造成传统的姿态稳定控制方法控制性能下降。为了克服这些问题,设计了对外扰与状态同时估计的闭环-开环预测器。在外扰力矩定常的假设下,给出了此种估计器对状态与外扰的预测都收敛的判定准则。利用估计出的外部扰动前馈补偿推力偏心干扰力矩,同时利用预测出的系统状态设计状态反馈控制器。通过求解两个代数Riccati方程,设计最优状态反馈增益和预测器增益。这种简单的前馈反馈结构具有良好的工程可实现性,同时仿真结果显示,该方法可以有效克服延迟和干扰的影响,提高卫星轨道机动时本体姿态稳定精度。
     

传感器故障重构设计的新方法及其应用

提出了一种传感器故障重构的新方法。该方法利用右特征结构配置设计的线性观测器来消除系统中的非线性以及干扰对故障重构的影响。这种设计不仅能够达到对故障的快速检测,而且能够准确地估计故障的大小。通过在某火箭姿态控制系统中的应用,证明了该设计方法的有效性和实用性。     

运载火箭动力系统突发性故障检测与辨识

航天是一个高风险的领域 ,一次不成功的发射试验可能带来的经济损失动辄上亿元 ,甚至会出现灾难性后果。因此 ,故障诊断技术在航天工程领域具有极端的重要性和明显的工程价值。本文以运载火箭动力系统突发性故障为研究对象 ,采用解析冗余方法 ,建立了分别适用于脉冲型故障和阶跃型故障的检测方法 ,并给出了故障幅度的无偏估计算法     

运载火箭推力故障不确定性下轨迹可达包络分析

针对运载火箭突发推力故障且故障存在不确定性的轨迹设计问题,提出了一种基于状态转移张量法(STT)的故障火箭轨迹可达包络分析方法。首先,建立了推力故障火箭的运动模型,通过构建故障火箭轨迹重规划问题,基于序列二次规划法获得了不考虑故障不确定性的重规划轨迹; 其次,基于线性协方差对非线性系统的不确定性传播进行建模,并对模型进行线性化,在此基础上提出了基于SST的运载火箭轨迹可达包络分析方法; 最后,通过与多次蒙特卡洛仿真对比验证所提方法在运载火箭轨迹可达包络定量分析中的有效性。     

执行器故障下的运载火箭非奇异终端滑模容错控制

针对存在未知外部干扰和执行器卡死故障的运载火箭，提出了一种基于非奇异终端滑模面的姿态跟踪控制算法。首先，建立了考虑干扰和执行器卡死故障的运载火箭姿态控制系统多输入多输出系统模型；然后定义了运载火箭姿态跟踪系统模型，针对定义的模型，设计了一种非奇异终端滑模面，使得系统在执行器故障情况下仍能较为精确地跟踪参考信号。基于李雅普诺夫函数证明了运载火箭姿态跟踪控制系统的稳定性和有限时间收敛特性。数值仿真检验了本文基于非奇异终端滑模运载火箭姿态跟踪控制算法的有效性。     

运载火箭控制系统故障诊断系统

研究了运载火箭控制系统故障诊断系统的技术策略和实现途径,提出了基于仿真分析的分层次的故障模型结构和分级的故障诊断系统结构,以及适用于火箭控制系统的综合字典的逻辑结构和字典动态管理方法,专家辅助工具在一定程度上实现了对常见多故障和软故障的诊断.研究结果在实际系统中进行了验证.     

基于扩展故障树的运载火箭故障诊断专家系统

针对运载火箭故障诊断专家系统中知识获取的瓶颈问题,通过将扩展故障树分析法 和 基于规则的诊断专家系统有机结合,建立基于扩展故障树的运载火箭故障知识获取及表示方 法,实现了从扩展故障树到诊断知识的自动转换和诊断知识的规范化表示,解决了基于规则 的诊断专家系统的知识获取难题。在此基础上,结合扩展故障树给出了运载火箭故障诊断专 家系统快速推理策略。该策略基于诊断优先系数,实现了对发生概率大、结构重要度高、危 害严重的故障的优先诊断,并通过浅层推理与深层推理相结合,保证了推理过程的精确性和 严密性。     

基于在线轨迹优化的运载火箭可重构制导方法（英文）

In order to improve the safety and reliability of a launch vehicle, we present a reconfigurable guidance method based on online trajectory optimization for thrust decrease at the ascending stage of the launch vehicle in this paper. We used a multiple shooting method to convert the optimal control problem into a nonlinear programming(NLP) problem. Finally, we used the interior point method to solve the NLP problem. The simulation results show that the method can effectively adapt to thrust decreases by 5% and 10%. This reconfigurable guidance method based on online planning is proposed to realize launch missions under the condition of power descent, thus verifying the feasibility of the method.     

运载火箭控制系统漏电故障诊断研究

从系统的角度分析了运载火箭控制系统漏电故障诊断的特殊性，指出故障也是系统要素之间的一种联系方式。为了准确、有效地描述系统状态条件同其故障关系问所存在的关联，提出了条件故障图的描述模型，界定并分析了描述系统状态关系的状态树，并将它与故障图相结合形成条件故障图，用于对故障关系的自动化描述及分析。在此基础上，引入蚁群算法来确定故障树的最优检测次序，并指导系统多故障状态的决策。将它们应用于运载火箭的控制系统，给出了一个特征实例。条件故障图可以有效地描述状态条件对故障关系的影响及作用，蚁群算法能够实时地、自适应地进行动态路径选择。获得了令人满意的效果。     

运载火箭故障模式及制导自适应技术应用分析

为提高制导控制系统在运载火箭全发射任务周期中的智慧水平，提高运载火箭完成任务的鲁棒能力，从不同角度阐述了运载火箭故障模式，创新提出了基于能量属性的故障分类方法。针对不同级别的能量故障提出了对制导控制系统的功能、性能需求。尤其针对小、中级别能量故障，简述了运载火箭故障飞行制导自适应方法应用，包含案例及任务目标变更原则等，并分析了制导自适应技术后续工程化应用的实施途径。基于能量属性的故障分类方法及制导自适应方法可应用于后续中国运载火箭工程研制。     

运载火箭并联双机姿控配平策略研究

运载火箭并联双机是一种常见的发动机推力矢量控制(Thrust Vector Control,TVC)方案，发动机与伺服机构可组合出不同的控制布局。针对液体运载火箭典型的4种并联双机摆发动机控制布局，开展了故障动力学建模仿真研究，基于运载火箭比例微分(Proportional Differential,PD)姿控方法，比对分析了不同故障模式的姿控配平结果，优选了并联双机摆发动机控制布局，最后应用控制重分配技术验证了故障下放宽滚动通道性能策略的有效性，结果表明不同的推力矢量布局故障适应能力不同，姿态重构技术在发动机推力较大故障下仍可保证运载火箭良好的姿控性能与稳定能力。     

基于Matlab/Simulink的运载火箭6自由度运动仿真

以CZ系列运载火箭为对象,提出了一种基于MATLAB/Simulink的运载火箭6自由度运动仿真的方法。采用模块化的建模思想,建立决定箭体运动相关部分的数学模型,包括空气动力模型、发动机推力模型、六自由度运动学模型,然后对各个子模块分别采用Simulink建立单元仿真模型。通过对单元仿真模型的集成得到了火箭6自由度运动的仿真模型,基于该仿真模型进行了单元仿真。对比实测数据,证明提出的方法可行,模型建立正确。