运载火箭主动段自适应增广控制

针对运载火箭上升段在复杂飞行环境、大不确定性干扰和振动等因素的影响下,传统PID控制方法难以满足高品质控制需求的问题,进行了自适应增广控制(AAC)方法研究,以实现对运载火箭姿态的精确控制。在深入分析自适应增广控制系统整体构架的基础上,通过标称PID控制器设计与基于粒子群优化(PSO)的数字滤波器设计实现了刚体控制及对弹性振动的抑制;继而针对大范围干扰、不确定性和由于滤波器切换产生的弹性振动影响,设计了在线调整算法自适应调节PID控制增益,并对其工作机理与参数设计原则进行研究;然后设计干扰补偿回路和主动减载回路以减小内外扰动、弹性振动和风载荷影响;最后在弹性振动、风干扰和参数不确定性等因素同时作用的状态下进行仿真分析,验证了自适应增广控制系统能够有效应对运载火箭主动段复杂飞行环境的影响,大幅度提升综合控制性能,具有理论研究意义与工程应用价值。     

基于弹性辨识的运载火箭改进AAC控制方法

针对运载火箭自适应增广控制(AAC)方法输出抖动问题提出一种改进AAC控制方法,该方法在AAC基础上增加弹性辨识算法来辨识系统弹性振动频率,通过设计陷波滤波器来抑制系统弹性振动,从而消除自适应增益输出抖动问题。仿真结果表明,该方法继承AAC抗干扰能力强的优点,避开AAC输出抖动的缺点,有效提高了系统鲁棒性。     

一种运载火箭弹性自主辨识与自适应控制方法

针对新一代运载火箭箭体空间模态复杂、刚晃弹交联耦合严重、空间模态数据不确定大偏差导致控制参数适应性不足和弹性稳定裕度小的问题,提出一种运载火箭弹性频率在线辨识和自适应控制方法。该方法基于线性调频Z变换（CZT）完成主要弹性频率信号的辨识,并在线提取控制指令中的弹性能量,据此实现基于自适应增广控制（AAC）的控制参数在线调节,提高控制系统在不确定高阶弹性振动下的适应范围和稳定裕度,并详细分析了各项调节参数对系统稳定性的影响。仿真结果表明,提出的“CZT+AAC”方法能够较好地完成弹性稳定控制任务,显著增强运载火箭任务适应性和飞行可靠性。     

基于hp自适应伪谱法的固体运载火箭轨迹优化

多级固体运载火箭轨迹优化是一个多阶段多约束的最优控制问题。hp自适应伪谱法融合了有限元法和全局伪谱法的思想,采用双层优化策略对细化单元数和插值基函数的阶次进行自适应调节以满足精度和快速性要求。对基于hp自适应伪谱法的多级固体运载火箭主动段轨迹优化问题进行了数值计算,结果表明该优化方法能够很好的满足过程约束和终端入轨条件,具有收敛速度快、对初值不敏感等优点,有一定的工程应用价值。     

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。     

运载火箭的一种自适应姿态开环减载控制技术

针对运载火箭在高空风区域飞行时的减载需求,提出了一种自适应姿态开环减载控制技术。此减载控制系统采用加速度计测量火箭箭体的法向与横向视加速度,采用速率陀螺测量箭体绕质心转动角速度。设计了一种门限自动切换判别结构,使控制系统能够自动从传统纯姿态控制切换到姿态开环减载控制。当火箭遭遇到很大高空风时,控制系统姿态回路开环,俯仰通道和偏航通道分别跟踪零法向、横向视加速度指令,使火箭转到来流方向,实现减小气动载荷的目的。以某型运载火箭为例对比了几种控制方案的减载效果,仿真结果表明自适应姿态开环减载控制有效提高运载火箭减载效果,具有工程应用价值。     

伺服机构故障下运载火箭自适应重构方法

针对运载火箭飞行过程中发生的伺服机构故障,提出了一种基于奇异值分解(SVD)的自适应重构方法。首先,将伺服故障下重构问题转化为优化问题,完成了对伪逆法、线性规划法、混合优化法3种常用优化方法的分析和评估;其次,针对现有方法的缺点,基于SVD提出了一种求解直接重构问题次优解的改进方法,并给出推导过程。数学仿真表明,所提出的基于SVD改进的自适应重构方法,兼顾了伪逆法的计算高效、线性规划法的输出共线等优点,具有较高的工程应用价值。     

运载火箭飞行载荷联合优化控制技术

为了解决基于模块化研制的运载火箭其飞行剖面载荷与承载能力不匹配而导致发射概率过低的问题,提出一种基于弹道风修、发动机节流、主动减载、横向动载荷精细化四项减载技术的飞行载荷联合优化控制技术。以箭体承载能力为约束,提高发射概率为目标,多种载荷控制技术联合为手段对运载火箭进行逆向设计,可以有效提高模块化研制火箭的发射概率。以长征八号运载火箭首飞为例,该技术成功将发射概率由研制初期的33%提高到83%。     

全向发射状态下运载火箭变结构自适应滑模控制

针对运载火箭全向发射后,系统通道间存在交连耦合问题,提出了基于解耦的变结构自适应滑模控制方法。首先建立了运载火箭全向发射姿态动力学模型;其次推导了一种工程上实用的姿态角预补偿解耦控制方法,并重点分析了残余耦合对姿控系统的影响;最后针对解耦后系统的残余耦合和火箭结构干扰,提出了变结构自适应滑模控制方法。利用Lyapunov稳定性理论,证明了控制系统的全局渐近稳定性。仿真校验了本文提出的控制方法能够实现火箭在全向发射情况下的姿态稳定。     

运载火箭姿态系统自适应神经网络容错控制

针对运载火箭姿态系统跟踪问题,考虑干扰、执行器故障和模型不确定因素的影响,设计了一种基于自适应神经网络的非线性容错控制律。该控制算法结合了连续的终端滑模控制,径向基神经网络和自适应控制方法。首先,基于滑模控制理论,设计了一种快速终端滑模面,保证系统跟踪误差能够在有限时间收敛至零。然后,在终端滑模面基础上,提出了一种基于自适应径向基神经网络估计的终端滑模控制律。利用自适应参数的神经网络逼近系统参数并提高抗干扰性能,采用平滑连续控制策略消除了终端滑模中的颤动现象。通过李雅普诺夫的分析方法证明了闭环系统的收敛性和全局稳定性。采用数值仿真,验证了提出的基于自适应径向基神经网络的终端滑模控制律具有较好的跟踪性能和精度。     

基于改进协同优化方法的固体运载火箭多学科设计优化

研究固体运载火箭多学科协同设计优化问题.建立固体运载火箭多学科设计优化相关学科模型,包括总体学科、推进学科、气动学科、质量学科和弹道学科模型,构建固体运载火箭协同优化设计框架；提出含序贯策略的改进协同优化方法,解决固体运载火箭学科间耦合变量过多带来的系统级设计变量规模过大问题,实现固体运载火箭多学科协同设计优化.仿真结...     

大型液体运载火箭姿态控制参数智能设计方法

针对大型液体运载火箭控制参数设计依赖人工经验,设计过程耗时长,难以得出很好设计结果等问题,提出了一种控制参数智能设计方法。结合稳定裕度指标和截止频率约束,设计了一种分段式目标函数,避免单一稳定裕度值过大、其他稳定裕度很小甚至不稳定的情况。通过分析参数对系统频域特性的影响,将校正网络与控制增益分层优化,提出了一种基于优势更新的改进进化策略方法优化校正网络参数,基于Powell算法优化控制增益。仿真结果表明,提出的目标函数通用性强,提出的改进进化策略收敛速度快、收敛性好,优于其他启发式算法,优化结果优于人工设计结果,具有较高的工程应用价值。     

带有柔性补偿的柔性关节空间机器人的增广自适应控制及关节振动抑制

The problems of joint motion control and flexible vibration suppression of a flexible joint space based robot for manipulating an unknown payload are studied. Based on the system linear momentum conservation and the Lagrange method, the under actuated dynamics model of the space robot is established. For convenience of the design of its control system, the system is divided into both fast and slow subsystems by using the joint flexibility compensation technique and the singular perturbation theory. A torque differential feedback controller is proposed for the fast subsystem to suppress the joints’ flexible vibration, meanwhile an adaptive control scheme based on the augmentation approach is designed for the slow subsystem to realize the joint trajectory asymptotic tracking under the condition of unknown payload parameters. Because of introduction of the flexibility compensation technique, the presented control scheme can equivalently increase the joint stiffness, and it is suitable to control the space robot systems with low joint stiffness. Moreover, the effect of unknown parameters is real time compensated by its adaptive controller, and then the specified joint motion task is achieved precisely. The effectiveness of the scheme is verified by the corresponding simulation results.     

运载火箭自适应制导及在线轨迹重构方法研究

结合我国运载火箭发展,梳理了传统制导方法的工程应用历程;针对故障适应性和自主化需求,分析了基于在线轨迹规划的制导方法发展概况。基于伪谱离散和凸优化理论,提出一套适应不同目标轨道的弹道轨道联合在线重构算法框架,并利用在线重构设计一种运载火箭故障导致推力不足后的自适应制导算法,通过数值实验和嵌入式测试,验证了在线重构算法和自适应制导方法的正确性、有效性。     

新型运载火箭结构优化设计与试验验证

伴随着运载火箭大型化与重型化的趋势,结构优化技术在火箭轻量化设计中扮演着越来越重要的角色,同时更高精度的试验、测试以及更高置信度的分析评估需求也日益凸显.本文首先对运载火箭结构轻量化设计方法进行概述;然后针对几种典型密封类与非密封类结构优化案例及新型运载火箭结构中的不确定性优化方法进行了重点介绍,并对优化结果进行了试验...     

空间对接机构的自适应控制和控制参数优化

空间对接广泛采用Stewart并联机构。用液压Stewart平台模拟对接机构，以研究对接过程的控制。为了获得更好的性能，要求各个液压缸的动态特性以及它们本身的正反向特性相同，对可变负载有鲁棒性，系统过阻尼，调节时间要尽量短。选用模型参考自适应控制（MRAC）很好的解决了这些问题。采用Narendra方案，利用非对称液压缸正反向模型仿真，初步确定控制参数。采用遗传算法对自适应控制器参数进行优化。实验结果表明，控制效果满足要求。     

基于粒子群算法的固体运载火箭上升段弹道优化设计研究

应用粒子群优化算法研究了固体运载火箭上升段弹道优化设计问题。设计了固体运载 火箭上升段飞行程序,构建了固体运载火箭弹道优化设计问题的粒子群算法,通过控制参数 改进和引入函数拉伸策略,对算法进行了改进。仿真计算结果表明,粒子群优化算法能有效 解决固体运载火箭弹道优化设计问题,优化方案末助推级液体推进剂消耗比原方案减少11.1 ％,算法收敛速度快,需设置参数少,易于工程实现。可为固体运载火箭弹道优化设计 提供理论参考。
     

一种运载火箭减载控制工程方法

为降低运载火箭飞行中的气动载荷，在改进弹道模型的基础上，提出了一种用实时补偿对实时气流攻角和侧滑进行反馈控制的方法。研究了工程上用实时视加速度与姿态角偏差近似获得实时攻角和侧滑角的方法，并给出了控制模型。仿真结果表明，该方法能有效降低火箭的qα值，且对关机点参数的影响不大。     

运载火箭飞行控制软件的多任务设计方法

为适应新一代运载火箭电气设备数字化、智能化的发展,提出了基于嵌入式实时操作系统的飞行控制软件多任务设计方法。设计了飞行控制、数据管理、精确关机等任务,根据实时性要求设置了相应任务的优先级;设计了飞行控制任务在三冗余处理器中一致性运算的机制;提出了控制周期内多任务共用临界资源的约束性要求作为冗余同步运行的余量指标。本文设计的多任务已在新一代中型运载火箭飞行试验中得到验证。     

基于Legendre伪谱法的固体运载火箭轨迹优化研究

Legendre法则是一种高阶积分近似法则,用较大积分步长得到较高精度。以结点伪谱法处理不连续问题后,可以把一个无限维的动态最优控制问题转化为有限维的静态优化问题,大大降低了问题复杂性。将其应用于轨迹优化,力求使其成为一种求轨迹优化问题的通用算法。以三级固体运载火箭为例,在惯性直角坐标系中建立动力学模型,给出轨迹优化模型。轨迹优化算例结果验证了Legendre伪谱法在弹道时间和精度优化的正确性和有效性。