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。     

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。     

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.     

晃动基座初始对准环境建模与仿真

针对火箭初始对准时存在外界扰动,提出一种适用于风扰动的初始对准环境建模与仿真方法,可用于运载火箭扰动环境下初始对准仿真验证.根据风场特性和振动理论,分别建立了地面风和风干扰下的箭体振动模型,实现了晃动基座下的环境仿真和对捷联惯组测量输出的模拟.仿真结果显示,箭体振动特性与实测值一致,所模拟的惯组输出与箭体晃动吻合,表明模型正确有效.该方法能够为晃动环境下初始对准仿真研究提供更加符合实际特性的数据源.     

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。     

运载火箭姿控系统数学仿真软件设计

分析了运载火箭姿控系统箭体动力学运动方程和控制器数学模型特点，并且按照校正网络、执行机构、箭体方程、测量方程顺序设计数学仿真软件。该软件能方便地完成姿控系统数学仿真任务。由于采用三级模块结构设计，该软件具有结构清晰、层次分明、调试简单、功能齐全、使用方便等明显优点。     

长征系列运载火箭介绍：长征三号系列（二）

长征系列运载火箭介绍：长征三号系列（二）陈国华二、总体布局长征三号是一种三级液体火箭，由一子级、二子级、三子级和卫星整流罩等箭体结构及箭上的推进系统、控制系统、遥测系统、外测安全系统、滑行段推进剂管理与姿态控制系统等组成。箭体结构一方面承受载荷，一方...     

控制系统数字化仿真技术

控制系统数字化仿真技术采用自主开发的新的建模方法，对高达七八十阶的微分方程组的运载火箭动力学方程未作任何简化和弹性峰值补偿，将针对各种飞行状态的火箭箭体参数变化用预处理的方法进行技术处理，不但克服了小型仿真机内存小的困难，而且大大缩短了箭体方程解算帧时，在小型机上实现了多波道同时进行的高精度的实时仿真模型。     

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。     

基于信号辨识的运载火箭实时减载控制技术

运载火箭在高空风区域飞行时,其自身结构载荷的约束对气动载荷提出了控制要求,为了降低高空风对运载火箭飞行的影响,减小运载火箭的气动载荷,保证其在高空区飞行的安全可靠,提出了一种简单可行的实时减载控制方法。首先,通过非线性状态观测器估计方法,获得箭体绕质心运动的角加速度信号以及捷联惯组相对质心的位置,计算出箭体绕质心运动产生的线加速度信号;其次,从运载火箭上捷联惯组测量到的视加速度信号中减去箭体绕质心运动产生的线加速度信号,消除箭体绕心运动产生的影响,进而获得箭体质心位置附近的视加速度信号,参与实时减载控制。仿真验证了该控制方法可以有效降低运载火箭的气动载荷,提高了运载火箭在高空风区域飞行的适应能力。     

捆绑型运载火箭姿态控制系统半实物仿真方法

本文介绍了MPSE软件的主要特点,总结了采用银河仿真机对捆绑型运载火箭姿态控制系统进行半实物仿真的方法。     

航天飞行器交会对接段的姿态控制四元数法

本文研究利用四元数作为误差信号进行航天飞行器姿态控制的控制规律,应用Pontrgagin极小原理导出了喷咀最优控制开关曲线,所得结果不仅可用于交会对接段也适用于航天飞行器上升段和返回段的姿态控制。     

飞行器姿态系统变结构控制的研究

对于具有纯延迟、惯性和由开关控制的非线性飞行器姿态系统，本文提出了采用解耦变结构控制的方法。计算机仿真结果表明，本方法行之有效，具有优良的鲁棒性，设计方法简单和易于实现数字控制等优点     

绳系卫星系统的运动与控制

绳系卫星系统的运动与控制分析,是绳系卫星应用的基础。本文的数学模型考虑了作用在子星、主星及系绳上的空气阻力以及在伸展与收回阶段主星与系绳之间的质量传递,给出了相应的具体的计算式。应用该数学模型,本文对现有的几种主要控制法,进行了模拟计算,作出评审意见。     

飞行器滑模变结构姿态控制器参数优化设计

研究了大气层外飞行器姿态控制器设计。基于误差四元数建立飞行器姿态运动学与动力学方程,用滑模变结构控制方法设计控制器,通过构造Lyapunov函数验证了控制器具全局稳定性和鲁棒性。以控制器参数为优化变量,机动时间为优化指标,飞行器发动机输出力矩为约束条件,用粒子群算法实现对滑模控制器参数的优化设计。仿真结果表明：控制器设计可行且有效,并能对参数进行优化。     

液体远地点发动机工作期间卫星的姿态控制问题

本文建立了在转移轨道远地点机动期间,包括液体晃动和太阳帆板挠性在内的三轴稳定卫星姿态动力学方程,进行了姿态控制系统的设计和仿真,分别用根轨迹方法和描述函数方法对系统的稳定性进行了分析,得出了初步结论。     

五轴控制型磁轴承动力学与控制

本文以五轴控制型磁轴承为研究对象，简要地介绍了它的工作原理，并给出了它的动力学方程。应用经典控制理论的设计方法建立了闭环控制系统，分析了它的稳定性，并通过计算机仿真给出了各自由度的阶跃响应曲线。     

气动力星座保持的最优控制

研究了利用气动力进行星座保持的最优控制问题。首先得到了正则方程，然后针对最优控制问题提出了一种求解算法，利用此算法进行了仿真计算。结果表明，算法简单有效。     

高超声速飞行器建模与控制的一体化设计

针对高超声速飞行器纵向模型具有非线性、强耦合及不确定性等特点,提出 高超声速飞行器建模与控制一体化设计方法。该方法首先以具有典型结构的高超声速飞行器 几何外形为研究对象,结合高超声速空气动力学的有关理论,建立飞行器的非线性纵向模型 方程;然后在不同飞行条件下获取多个平衡点,分析飞行的气动特性,进而在每一个平衡点 上设计具有非线性解耦控制能力的控制器,并将得到的多平衡点控制参数结合起来,进行插 值计算,实现多平衡点的连续飞行;最后的仿真结果表明,本文提出的方法是切实可行的。