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。     

静不稳定BTT导弹飞控系统的设计与分析

本文给出了倾斜转弯导弹简化的数学模型，研究了航向静不稳定弹体的气动特性，应用经典控制理论，提出了这类导弹飞控系统的设计方法和设计目标，并以某型ＢＴＴ－９０导弹为对象，给出了整个控制系统的设计过程，进行了非线性数字仿真，仿真结果表明，设计达到了ＢＴＴ导弹战术技术指标的要求。     

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。     

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。     

自动驾驶仪的一种自适应极点配置设计方法

本文主要讨论了战术导弹自动驾驶仪的自适应控制设计。文中以简化的导弹自动驾驶仪的差分方程为控制对象,采用衰减记忆最小二乘法直接识別弹体的时变参数,再应用极点配置控制方法计算出反馈控制量,实现系统的闭环自适应控制。数字仿真结果表明,在改善象自动驾驶仪这样的随机控制系统的性能方面,极点配置自校正控制是一项行之有效的方法。     

火箭大偏航入轨双回路扰动观测补偿有限时间收敛滑模控制

为实现参数不确定和扰动下运载火箭大偏航入轨过程高精度姿态稳定控制,提出了一种双回路扰动观测补偿有限时间收敛滑模控制方法。首先基于运载火箭飞行动力学方程构建了面向控制的姿态模型;然后分析模型中存在的复合扰动,构建双回路扰动观测补偿滑模控制框架;通过引入有限时间收敛微分器、观测器和滑模控制器,实现了运载火箭姿态控制回路对姿态指令的高精度快速响应。该方法能够有效观测并补偿同时存在的匹配和非匹配扰动项,提高运载火箭姿态控制系统对参数不确定的适应性。通过对比传统PID控制方法,充分验证了双回路扰动观测补偿有限时间收敛滑模控制方法的良好性能。     

微型固体推进器阵列与磁力矩器联合姿态控制方法

针对传统皮纳卫星姿态控制系统中磁力矩器输出力矩小、姿态控制响应慢等问题，提出一种微型固体推进器阵列与磁力矩器联合姿态控制方法，提高了控制精度，缩短了控制周期，并利用Lyapunov稳定性理论证明了算法的稳定性。首先建立微型固体推进器阵列优化点火模型，然后给出其补偿控制时间设置方法，并推导出大角速度阻尼控制律和辅助速度阻尼控制律，同时设计了基于混合系统模型的姿态捕获联合控制律，最后通过仿真验证了速度阻尼联合控制律和姿态捕获联合控制律的有效性。仿真结果表明，相较于传统的纯磁控方法，联合控制方法能够有效提高控制精度，大幅度缩短控制周期。     

考虑执行机构故障的导弹姿态控制系统的集成容错控制

研究了一类发动机十字型布局的导弹姿态控制系统的容错控制问题,提出了一种考虑执行机构故障的导弹姿态控制系统集成容错控制方法。该方法针对执行机构的恒增益变化故障和卡死故障,首先提出了集成容错控制的总体策略,然后分别基于线性矩阵不等式方法和故障补偿思想,给出了在圆盘极点指标和H∞指标两个相容指标约束下的状态反馈满意容错控制器和故障补偿器的设计方法。最后在Matlab/Simulink环境下将该方法应用于导弹姿态控制系统进行仿真实验,结果表明了该方法的有效性和可行性。     

脉冲数字系统的设计

本文概要地论述了数字计算机用于运载火箭姿态控制系统设计的实践,从方案论证、方案模拟试验到用数字计算机实现控制的运载火箭姿态控制系统的设计.阐明了脉冲数字系统要求数字计算机所具有的主要功能.根据功能要求,又提出数字计算机速度要求、精度要求、存贮器容量要求和关键外部设备A/D转换装置的要求.数字计算机用双倍字长和串行规划法进行计算来满足精度要求.用中断处理和多寄存器、预取的办法解决计算速度问题.根据任务要求确定存贮器容量和A/D装置形式.最后介绍了数字计算机实现运载火箭姿态控制任务的概况. 用数字计算机实现姿态控制有很多优点.它具有极大的灵活性.用数字计算机实现的网络精度高、误差小,校正特性精度不受环境条件的影响.在连续系统中,多级运载火箭要用多套带不同校正网络的放大器,现在只需要一个数字计算机,在完成制导计算任务的同时完成各级姿态控制任务.原来要采用专门的调零装置来调去一级发动机零位,用了数控后,计算机不增加设备,就把这个任务完成了.随着开关电路集成度的提高,计算机可以做到体积小、重量轻、可靠性高.随着控制任务难度加大,用数字计算机可以实现用线性电路难以实现的控制方案,例如自适应控制方案. 数控系统的分析综合方法是成熟的,箭上计算机发展的现状已具备了实现数控方案的条件.我们在箭上计算机实现了姿控系统的要求,并测试其特性,测试结果见附录一.当特性符合要求后,再用该计算机做姿态控制系统的半实物模拟试验,试验结果见附录二.     

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。     

某飞行器姿态控制系统仿真

介绍了某飞行器姿态控制系统数字仿真的实现.根据该姿控系统的组成,以俯仰通道为例建立了通道的动力学和运动学方程,以及相应的控制系统数学模型,给出了仿真流程.仿真结果表明:该仿真系统可定量分析飞行器控制系统参数超差对飞行的影响.     

直/气复合控制导弹的模型预测和自抗扰姿态控制设计

针对直/气复合控制导弹姿态控制系统的特点,提出将非线性模型预测方法与自抗扰控制方法结合的姿态控制策略,设计姿控脉冲发动机阵列点火逻辑,在分析直接侧向力有限约束集的基础上提出直/气复合控制导弹姿态控制系统设计方法。仿真结果表明,所给出的复合控制策略可以有效抑制外部干扰和模型不确定性的影响,显著加快拦截导弹的过载响应速度。     

基于混合灵敏度下H∞控制在三滑块质量矩导弹上的应用

由于质量矩导弹是一个具有非线性和模型不确定性的多变量系统，为了进一步提高控制系统的鲁棒性，对三滑块质量矩导弹进行了鲁棒控制系统的研究。以所建立的质量矩导弹数学模型为基础，通过对模型合理的简化，得到一个耦合的非线性动力学系统，考虑到质量矩导弹的鲁棒性要求和三个滑块的协调控制问题，在混合灵敏度控制的基础上，采用H∞控制理论对导弹进行姿态控制系统的研究，仿真结果验证了这种方法的有效性。     

弹体旋转对超音速射流元件的影响研究

研究了弹体旋转对超音速射流元件（SFE）的内部流场结构及输出推力特性的影响,并采用二维N—S方程以及RNG k-ε湍流模型,用计算流体力学（CFD）数值模拟方法和滑移网格技术进行了数值模拟。结果表明,弹体旋转对超音速射流元件内部流场结构几乎没有影响,而对姿态控制发动机的控制推力大小和方向的影响不容忽视。所得结论可为旋转弹姿态控制系统的总体设计以及超音速射流元件的结构及气动参数选择提供依据。     

基于机械飞轮干扰补偿的小卫星自适应滑模变结构姿态控制

针对机械飞轮内干扰可能导致小卫星姿态控制系统性能下降问题,提出了一种加入机械飞轮干扰补偿的自适应滑模变结构姿态控制方法.本文针对基于机械飞轮的三轴稳定卫星姿态控制系统,首先建立系统详细的数学模型,包括基于机械飞轮的三轴稳定卫星姿态动力学方程和机械飞轮控制系统模型,然后针对此系统设计了一种基于机械飞轮干扰补偿的自适应滑模变结构控制器,其中通过设计一种状态观测器得到机械飞轮摩擦干扰的估计值,用于对机械飞轮摩擦干扰的补偿,并通过Lyapunov定理证明了此控制律能保证系统的渐近稳定性.最后仿真结果显示,此方法缩短了飞轮转速过零时间,降低了最大的姿态扰动量且提高了卫星姿态控制的精度和稳定度.     

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。     

最优控制与姿控喷流在导弹姿态控制中的应用

针对稀薄大气层内导弹姿态控制问题 ,提出了一种采用侧向喷流的姿态控制方案 ,并根据最优控制理论设计了控制律。仿真结果表明 ,该方案可以在最短的时间内使导弹的姿态跟踪给定的指令输入 ,并且具有较小的稳态误差     

基于Fluent计算的火箭离轨姿态运动仿真与分析

在航天器姿态运动分析中常遇到液体的流动、晃动及流/固耦合等问题,针对这类问题建立精确的数学模型是很困难的,通常需要利用数值计算和仿真手段进行分析。利用用户互动功能(UDF),引入自定义的变量源函数,应用Fluent对运载火箭离轨姿态控制进行剩余燃料的流场数据分析。通过在流体运动方程中加入相关的牵连运动,得到在轨运行状态下贮箱内剩余液体的运动参数和对贮箱的干扰力矩,为运载火箭系统的姿态运动分析和仿真提供运算参数,使得流场的变化与运载火箭的姿态运动相关联,分析各个时刻流场运动状态对箭体姿态的影响。     

克服旋转导弹螺旋运动的方法研究

本文结合旋转导弹自身的特点，提出了一种通过主动控制弹体内部活动质量块的运动来克服旋转弹螺旋运动的方法，这将有助于提高旋转导弹的合中精度。文中针对大气层外飞行的旋转导弹进行仿真研究，计算结果证实了该方法的有效性和可行性。     

越肩发射空空导弹气动力/推力矢量复合控制器设计

针对采用气动力/推力矢量复合控制的空空导弹,在越肩发射时的大迎角飞行情况,研究变结构控制器设计.选取气动舵和推力矢量舵的线性组合策略,建立了BTT导弹弹体数学模型,在弹体数学模型分析的基础上,采用模型参考变结构控制方法对弹体滚动通道、俯仰-偏航通道控制器进行了设计.仿真结果表明,控制系统具有较好的控制性能,对于系统内部参数变化具有较强的鲁棒性,从而验证了模型参考变结构控制器的有效性,为新一代越肩发射空空导弹气动力/推力矢量复合控制器的设计提供了理论参考.