运载火箭姿态控制技术的发展趋势和展望

对国外运载火箭的姿态控制技术发展进行了梳理。根据国外运载火箭姿控技术的发展趋势,并结合国内运载火箭的发展方向,提出了几种可能应用于国内运载火箭的姿态控制方法,并给出了这几种姿态控制技术的工程实现方法和途径。分析表明,这几种控制方法对克服火箭参数不确定性、提高火箭姿控系统的鲁棒性具有明显优势。     

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。     

运载火箭上面级姿控技术研究

开展了运载火箭上面级姿态控制技术研究,对国内外运载火箭上面级发展情况进行了分析,给出了上面级发展趋势,并对上面级姿态控制技术设计的难点进行了分析.     

模糊控制技术在运载火箭姿态控制中的应用

将模糊控制理论用于运载火箭的姿态控制系统设计。以俯仰通道为例，给出了模糊控制系统框图、模糊控制器的设计及其改进。仿真结果表明，所设计的运载火箭姿态模糊控制系统简单，对内外干扰具有较强的鲁棒性。     

小型固体运载器起飞段姿态控制方法研究

针对控制系统,采用侧喷流发动机和栅格舵的新型小型多级固体运载火箭开展了起飞段姿态控制方法研究。给出了在低马赫数条件下侧喷流发动机的力放大因子和栅格舵的控制力矩,建立了运载器姿态控制模型。根据侧喷流和栅格舵的特点,设计了PID控制器与智能开关控制器相结合的新型控制器,运用神经网络算法实现了开关控制器参数的在线选择。仿真结果表明,所设计的控制器满足控制精度、稳定度和鲁棒性的要求,算法简便,具有工程可实现性,以侧喷流发动机和栅格舵为执行机构的控制系统能满足运载火箭起飞段姿态控制要求,为陆基或空射小型固体运载火箭姿态控制方法提供了一种新思路。     

CZ-4A运载火箭姿态控制系统设计与飞行试验

本文介绍长征四号A(CZ-4A)运载火箭姿态控制系统,内容包括: a 姿态控制系统方案和组成; b 数字控制系统设计采用的数学方法; c 数字自动驾驶仪的设计; d 箭上计算机调零; e 姿态控制伺服系统; f 首发CZ-4A运载火箭控制系统飞行结果。在CZ-4A运载火箭姿态控制系统方案中,数字式自动驾驶仪,双向摇摆发动机伺服系统和计算机调零方案均是国内首次使用,由于这些新技术的采用,使CZ-4A控制系统具有高的精度,大的适应能力,是大型运载火箭姿态控制系统中较好的方案。     

基于双幂次趋近律柔性火箭滑模变结构控制

为了解决对有外界扰动和不确定参数的柔性运载火箭高精度姿态控制问题,提出一种基于双幂次趋近律滑模的变结构姿态控制算法。首先,针对弹道倾角不可测的柔性运载火箭姿态控制问题,设计了基于弹道倾角观测器的滑模变结构控制系统。其次,针对滑模变结构控制算法切换函数的影响,产生控制力矩高频抖振的问题,提出了一种具有全局固定时间收敛特效的双幂次趋近律姿态控制算法,在保证控制系统鲁棒性的前提下,保证了运载火箭完成姿态机动的速度。仿真结果表明,在外界扰动和箭体高阶弹性模态的耦合作用下,此算法在柔性运载火箭姿态控制中取得了较好的控制效果,同时具有较强的鲁棒性。     

长征运载火箭飞行控制技术的发展

介绍了新一代长征运载火箭(LMLVs)的型谱，并从四个方面对运载火箭控制系统的发展进行了综述。制导技术从开环制导发展到迭代制导，并针对大推力直接入轨和终端姿态约束要求，进一步发展了迭代制导算法，入轨精度大幅提升；姿态控制仍以PID技术为基础，采用空间模态和等效摆角的建模方法解决助推飞行段多个舱段发动机联合摇摆问题，结合自抗扰技术(ARDC)进行主动减载控制；自载人航天工程起开展系统性的可靠性设计研究，逐渐形成了以设备冗余、算法容错和系统在线重构等为特点的技术体系，促进了长征火箭控制系统可靠性的整体提升；电子系统从分立的集中式体系架构，发展为集成化的分布式数字控制系统。针对当前飞行控制技术的研究热点，本文最后总结了长征运载火箭在这方面的最新实践与发展趋势。     

运载火箭姿态控制稳定性多速率陀螺组合策略

针对运载火箭飞行姿态控制中采用多速率陀螺组合代替单速率陀螺的问题，提出了任意数量速率陀螺组合的斜率计算方法，方法适用于大型运载火箭一级飞行速率陀螺组合姿态控制方式。推导了组合斜率不确定度的计算公式，并将不确定度纳入组合系数矩阵的计算当中，从而给出了一套工程实用的多速率陀螺组合姿态控制弹性稳定性策略。利用工程实例说明了组合速率陀螺较单个陀螺的优势。多速率陀螺的使用降低了对全箭模态试验振型斜率选位和斜率测量精度的要求，可为未来运载火箭不开展全箭试验提供支撑。     

风切变与运载火箭设计

本文介绍包括风切变在内的高空风场的统计分析方法以及它在运载火箭设计中的应用。其中综合矢量风剖面是运载火箭设计通用的规范性方法。风场的应用涉及运载火箭姿态控制系统设计、制导精度分析和载荷分析计算等多方面的工作。这里简述其应用要点。     

运载器级间冷分离使用直接力姿控方法研究

侧向喷流直接力控制技术已在大气层外动能拦截器和大气层内防空导弹中得到成功应用.运载火箭作为跨大气层飞行器,可尝试采用该技术进行姿态、轨道控制.介绍了一种由侧向喷流发动机作为姿态控制执行机构的运载器,讨论了该运载器在级问冷分离过程中进行姿态控制的可能性,建立了运载器在大气层外飞行条件下的分离姿态动力学模型,并设计了滑模变结构姿态控制规律.仿真结果表明,所设计的级间分离姿态控制方法能降低上面级的初始姿态误差.     

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。     

姿态控制系统数控模型仿真软件设计

本文详细分析了运载火箭姿态控制系统的箭体数控模型的特点。提出运用组合算法进行运载火箭姿态控制系统数控模型仿真软件设计,介绍了箭体方程、数控差分方程常用的计算方法。所设计的仿真软件结构和处理技巧,对于缩短仿真时间,完成各种状态下的仿真任务行之有效。通过实例计算和比较,表明这些方法和措施不仅可用于全数学仿真,亦可用于半实物仿真。     

中国返回式卫星的发展历程（上）

一、历史性突破 中国返回式卫星的研制工作是从1966年开始的.在攻克了卫星姿态控制技术、卫星再人防热技术和卫星回收技术等一道道难关后,1975年11月26日,中国第一颗返回式卫星终于由长征2号运载火箭发射成功.它在轨道上运行了3天,11月29日按预定时间返回了中国大地.     

姿态控制系统冗余设计方法与半实物仿真试验

从系统冗余的角度研究了提高运载火箭姿态控制系统可米住的途径，论述了捷联／捷联，平台／捷联冗余姿态控制系统的组成和工作原理，介绍了用姿态角判别故障和用姿态角速度判别故障的两种故障诊断、切换和重构的模式。对捷联／捷联冗余方案进行了半实物仿真试验。     

带预设性能的火箭垂直着陆段姿态自适应控制设计

可重复使用运载火箭是典型的复杂非线性、强不确定性系统，其着陆飞行过程中存在的未知环境干扰和未建模动态将严重影响火箭姿态系统的稳定性。针对此情况，设计了火箭垂直着陆段飞行的姿态自适应控制系统，以解决上述不确定性所带来的不利影响；同时，引入误差转换技术，使得控制器能同时保证系统预设的瞬态性能和稳态性能。仿真结果表明，设计的控制算法能满足飞行姿态控制性能要求，且对外部干扰和模型不确定性具有较强的鲁棒性。     

弹性体运载火箭建模及控制器设计

考虑运载火箭飞行过程中的弹性振动特性,对运载火箭进行全量动力学建模以及控制器设计。首先将运载火箭考虑为一维梁模型并建立全量动力学模型,分别引入自适应滤波姿态控制算法和H_2范数鲁棒增益调度控制算法设计控制器。仿真结果表明:在考虑舵机非线性情况下两种控制方法均能够满足精度要求,在具有较大外部扰动情况下,鲁棒增益调度控制算法相较于自适应滤波算法具有较强的鲁棒性。     

FY—1C卫星姿态控制系统

针对FY－1C卫星姿态控制系统，给出了系统方案、系统设计、系统特点和飞行试验的结果；对一些新的技术设计和新颖特殊的方案特点，从理论分析和技术实现给出了设计思路和工程实现的方法；分析了FY－1C卫星姿态控制系统在轨运行的结果；对长寿命、低成本和稳定连续运行的工程实现进行了研究；给出了FY－1C卫星姿态控制系统的水平能力和应用发展方向。     

姿态控制系统仿真算法

导弹和运载火箭的姿态控制系统庞大而又复杂,选择合理的仿真算法,对提高仿真精度,缩短仿真时间至关重要。本文详细分析了导弹和运载火箭姿态控制系统的弹体数学模型和控制数学模型的特点,提出运用组合算法进行导弹和运载火箭姿态控制系统的数字仿真计算,介绍了弹体方程、控制方程常用的计算方法,汇编了相应的标准程序。提出的处理技巧,对于缩短仿真时间行之有效。通过实例计算和比较,表明这些方法和措施不仅可运用于全数字仿真,亦可用于半实物仿真。     

赫鲁尼切夫涉足遥感卫星领域

广 俄罗斯的赫鲁尼切夫国家科研生产航天中心在运载火箭领域久负盛名。该中心不仅拥有著名的质子号大型运载火箭和用导弹改装的呼啸号小型运载火箭，而且目前还在研制改进型的质子Ｍ火箭和全新的安加拉运载火箭系列。在今年的新加坡航展上，赫鲁尼切夫中心又对外宣布，它将进军遥感卫星市场，准备建立一个光电和雷达成像卫星星座。这一遥感卫星项目的核心是称为快艇的一种新型卫星公用舱。该公用舱重３５０公斤，功率可达３千瓦，姿态控制精度为０.１度，姿态变化速率控制精度为０.００１度／秒，设计寿命为１０－１２年。除遥感外，该公用…