推力向量控制系统数字仿真方法研究

对大型运载火箭的固体助推器,通常采用摆动喷管推力向量控制.推力向量控制系统由伺服机构、喷管组合件以及飞行控制电子部件组成.伺服机构的负载力矩主要是喷管摆动时的惯性力矩、阻尼力矩、位置力矩和干摩擦力矩,其中非线性的干摩擦力矩占主要部分.本文从推力向量控制系统的简化模型出发,讨论数学仿真中干摩擦及位置限幅的非线性的处理方法.所得到的结果用于飞行控制系统仿真,也可推广应用于类似系统的数学仿真.

三轴飞行模拟转台误差研究

对三轴飞行模拟转台的指向误差、速率稳定度误差及幅相误差进行了研究，对其指向误差给出了具体算法，并针对一种转台的具体精度指标而算出了各项误差。

移动质心再入飞行器姿态的无源性控制

从能量的观点研究了再入飞行器的移动质心控制方案。由于受移动质量块大小和位移的限制,移动质心控制方式不能像空气舵一样产生很大的控制力矩。采用基于能量的欧拉-拉格朗日法,在飞行器坐标系内推导了单质量块移动的七自由度动力学方程。在对动力学方程进行合理简化的基础上,采用无源性控制设计了俯仰平面的姿态控制器。状态反馈跟踪控制采用了能量形成加上阻尼注入的PD+(PD Plus)控制思想。在控制律推导过程中,直接考虑了动力学系统的非线性。通过Lyapunov函数证明了控制器能使系统全局渐近稳定。对非线性系统再入飞行控制仿真结果表明,即使存在风干扰和参数时变情况下所设计控制器也有满意的性能。

机动再入飞行器自适应飞行控制系统设计

研究机动再入飞行器的制导控制问题。为了解决机动再入飞行器气动系数变化范围大、气动耦合严重和气动参数非线性过零常值大等恶劣条件下的控制 ,并且能充分利用飞行器可测量信息提高系统自适应能力 ,本文提出了状态方程参数辨识—极点配置—前馈补偿自适应控制的飞行控制系统的设计方法。通过对新型号再入飞行器的制导系统仿真 。

移动质心飞行器的参数辨识和补偿控制

受质量块大小和位移的限制,移动质心不能像空气舵那样产生很大的力矩,因此飞行器的再入攻角对静稳定度很敏感,尤其在小静稳定度下,静稳定度稍有改变,配平攻角将发生很大变化。飞行器再入过程中的烧蚀、侵蚀以及边界层转捩所造成的小不对称量所产生的不对称力矩与质心移动后产生的控制力矩相比,不是小量。以所建立的移动质心控制飞行器的数学模型为基础,辨识飞行器静稳定度和小不对称量,对小不对称量造成的气动力矩用前馈-反馈复合控制加以补偿。仿真分析表明,移动质心控制对高速再入的飞行器具有良好的末修能力,能有效提高再入段的控制精度。

一种基于不对称再入体的制导与控制方法研究

研究一种不对称再入体的再入机动控制方法。不对称再入体气动外形简单,它的升力大小一般不可控,但可通过滚动控制调整升力的方向实现机动飞行。为实现不对称再入体的精确制导,本文研究了一种滚速可调的"滚转制导律",通过调整制导系数,可以兼顾再入体滚动角速度和落点精度的要求;设计了不对称再入体滚动通道的喷流控制方案,给出了滚动姿态角的时间最优控制算法;通过六自由度数学仿真,验证了整个制导控制方案的可行性和有效性。

角加速度反馈在再入段控制中的应用

针对再入飞行器滚动通道产生较大的滚动角及滚动角速率,给出了一种能够有效地减小滚动角和滚动角速率的方法。该方法引入滚动角加速度信号反馈,并采用逆系统方法设计控制器。数学仿真结果表明,引入角加速度信号后,通过对干扰力矩的补偿,可以很大程度上减小再入飞行器的滚动角和滚动角速率,滚动角可以稳定在±5°范围以内。该方法将有利于减弱通道之间的耦合,提高再入飞行器再入段控制的精度。

一种基于固定配平的飞行器滚转制导律研究

具有固定配平攻角的飞行器升力大小不可控,只能通过单通道的滚动控制实现飞行轨迹的控制.为实现精确制导,提出了一种基于固定配平攻角飞行器的滚转制导律.建立了固定配平攻角飞行器相对目标点的运动关系方程,分析了方程中各部分的物理意义;给出了滚转制导的基本导引关系,证明了基本导引关系的正确性,得出了滚转制导指令的计算方法;通过数学仿真分析了滚转制导导引弹道的特点.仿真表明,滚转制导通过一定的滚动策略消耗掉了多余的升力,达到了精确控制飞行器落点的目的.

基于不对称再入体的移动质心滚动控制方法

主要研究不对称再入体的移动质心滚动控制方法。采用移动质心控制方法可不改变再入体原有的气动外形,具有抗烧蚀、无侧喷扰流等优点。本文首先建立了移动质心系统的动力学模型和滚动控制模型;然后根据移动质心滚动控制通道具有的非线性、耦合性及时变性等特点设计了自抗扰控制器;最后,通过六自由度数学仿真验证了移动质心滚动控制方案的可行性,并对移动质量块的受力情况进行了分析。

移动质心自旋再入飞行器的建模与解耦控制

对移动质心控制自旋再入飞行器进行了概念研究。以所建立的移动质心自旋再入飞行器的姿态动力学模型为基础,分析其控制耦合特性,借鉴工程中易于实现的逆奈奎斯特阵列法,对被控对象进行预补偿,使其传递函数矩阵成为具有对角优势来削弱被控对象各回路间的耦合,然后再运用单变量系统的频域设计方法对每个回路单独设计,从而将复杂的多变量设计问题转化为单变量设计问题,解决较强耦合下自旋再入飞行器姿态稳定性问题。仿真分析表明,对被控对象进行预补偿设计后,系统达到了较好的解耦效果。

舵机伺服系统位置反馈校正方法研究

以传统的舵机伺服系统动压反馈回路为基础,介绍了一种新的伺服系 统动态校正方法。首先给出了现有舵机的简化模型,深入分析了原有动压反馈 回路对系统的作用影响。在此基础上,通过频率域响应设计方法,进行位置反馈 校正网络的设计。同时重点考察所设计系统的相角裕度、幅值裕度、谐振峰值、 闭环带宽等频率特性量。最后,从时域、频域两个方面比较两种校正方法对系统 的影响,验证设计方法的可行性。

移动质心再入飞行器建模及自抗扰滚动控制

基于移动质心滚动控制方案,研究了其动力学系统建模和非线性耦合系统控制的问题。不同于移动质心控制系统建模中常用的牛顿力学建模和常规拉格朗日建模法,采用准坐标形式的拉格朗日法建立了完整的系统动力学方程,避免了牛顿力学中复杂的相互作用力分析和常规拉格朗日建模法物理意义不明确的缺点。鉴于移动质心滚动控制系统的非线性、耦合性和时变性,提出把系统的非线性耦合项和外部干扰统归为未知扰动,并采用自抗扰控制(ADRC)技术进行估计和补偿,相对于常用的比例微分(PD)控制,自抗扰控制器能更好地适应系统参数的变化,具有很强的鲁棒性。最后,通过数学仿真验证了整个控制方案的可行性。