Robust Attitude Control for Reusable Launch Vehicles Based on Fractional Calculus and Pigeon-inspired Optimization

In this paper, a robust attitude control system based on fractional order sliding mode control and dynamic inversion approach is presented for the reusable launch vehicle(RLV)during the reentry phase. By introducing the fractional order sliding surface to replace the integer order one, we design robust outer loop controller to compensate the error introduced by inner loop controller designed by dynamic inversion approach. To take the uncertainties of aerodynamic parameters into account,stochastic robustness design approach based on the Monte Carlo simulation and Pigeon-inspired optimization is established to increase the robustness of the controller. Some simulation results are given out which indicate the reliability and effectiveness of the attitude control system.

CAN总线在运载火箭控制系统中的应用分析

随着总线技术发展以及“航班化运输”对低成本、高可靠电气系统的需求日益增强,现场总线(Field Bus)逐渐受到航天领域的青睐。CAN总线作为应用最广泛的现场总线之一,已在导弹和火箭中有一定研究与应用,考虑到运载火箭与导弹的不同,针对CAN总线在运载火箭控制系统中的应用进行阐述。分析了研究必要性,并分别给出了适用于中大型、小型运载火箭的典型CAN拓扑,相应介绍了CAN中继技术以及CAN总线重构技术,随后结合某新一代运载火箭总线实际传输数据码流进行了CAN总线效率与负载率计算,并与同等条件下1553B总线进行了比较,其结果可为运载火箭电气系统设计人员提供更直接的参考。

水下运载器动力学仿真以及串级控制器参数优化

为了让水下运载器能够更好完成潜射无人机的跨介质机动,基于回转体结构以及ROV(Remote Operated Vehicle)驱动模式设计一种具有动力的潜射无人机水下运载器。根据该运载器的外形结构和驱动模式特点,对其进行动力学建模并设计一种串级控制器控制该运载器的六自由度运动参数,利用Matlab/Simulink进行仿真验证,最后利用Isight优化软件对该运载器的串级控制器参数进行优化,分别利用自适应DOE优化算法和Evol优化算法进行优化计算,经过优化后的串级控制器在六自由度上的轨迹跟踪效果均有提升,其中Evol优化算法优化效果更好,计算成本更小。

一种面向运载火箭测发控的虚拟化系统优化设计

液体运载火箭后端地面测发控系统在运载火箭的测试发射控制过程中起到了核心作用。通过引入虚拟化云计算技术,实现后端地面测发控系统向虚拟化的转变及后端测控数据统一集中化管理,减少了重复性建设,进一步提高了后端地面测发控系统通用性、灵活性以及可扩展性,对现役的某型液体运载火箭后端地面测发控系统进行云计算迁移改造并对系统自愈能力进行优化。在此基础上对虚拟化系统进行容错和冗余能力的优化改进,消除故障单点,提高了系统的可靠性,为实现运载火箭地面设备集约化、数据共享化、业务标准化和效益最大化的目标提供有力支撑。

低成本高集成一体化测发控系统设计研究

运载器的测发控系统设计直接关系到地面数据传输的效率和可靠性。文中提出了一种通用性的低成本高集成一体化测发控系统,可以在保证远距离高效传输试验供配电等时序指令和遥测数据的同时,高效实现实时和事后对试验数据的解析和判读,地面软件接收器上数据完成飞行器的故障检测、健康状态评估及寿命和数据管理,将各系统功能及软件实现方法融为一体,简化了系统架构,降低了系统研制和维护成本,提高了系统集成性、可靠性及维护性。

适用于野外环境的无线测发控系统设计与实现

针对飞行器在野外发射时,对测发控系统提出设备部署时间短、发控距离远、待命时间长和具备安控指令上行功能的需求,设计了一种适用于野外环境的无线测发控系统,通过将常规测发控系统的地面前端设备与器载设备进行一体化设计,简化了器地间电气接口,提高了地面设备的部署速度和可靠性;通过扩频无线上行链路和调频无线下行链路使测发控系统具备1 km以上无线测发控距离和最长100 km安控指令上行距离且上行链路与常规安控链路兼容;通过对器载数据链和飞控计算机的改进设计,使飞行器具备在发射场长时间低功耗休眠和唤醒后快速发射的能力;通过对地面数据链的改进设计,使其在满足无线指令发送和遥测数据接收需求的同时,兼具对于野外环境的适应能力;设计了多级器载火工品和发动机点火回路的安全管制机制,保证了飞行器在存储、运输和测试过程中的安全性;经过飞行试验,验证了无线测发控系统满足飞行器在野外环境的测发控需求。

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。

运载火箭测发控系统服务器集群虚拟化的设计与实现

利用虚拟化技术构建运载火箭测发控系统,通过对测发控系统计算机资源需求进行分析,使用服务器集群将系统所有计算机资源池化,按照测发控业务需求对计算机资源进行了划分。设置系统业务虚拟机(VM),利用虚拟桌面管理软件Fusion Access进行管理控制,实时监测服务器集群运行情况,故障自动报警。利用系统服务器集群高可用性(HA)和容错技术(FT)功能,消除了运载火箭测发过程的单点故障。通过实验验证,该系统提高了测发控系统计算机资源利用率,摆脱系统对计算机硬件资源的依赖。计算机状态迁移、负载动态均衡及故障隔离等功能,减少了计算机系统宕机的频率,降低设备维修成本,提高了系统高可靠性。

统型测发控系统一体化发射指挥模式研究

地面测发控系统指挥控制作为火箭测试和发射的中心,由前端地面设备和后端测发控大厅地面设备组成,并完成对火箭的各项测试以及发射控制。通过统型测发控系统研制实现了运载火箭统一测发控、统一供配电、后端云平台配置,从而实现了火箭总检查和发射指挥控制一体化,优化了发射支持设计人员的参试时间,提高了测试发射效率,简化了使用维护,降低了保障难度,提升现役液体运载火箭测试发射能力。

运载火箭地面测发控系统信息流设计与优化

运载火箭地面测试与发射控制系统(简称测发控系统)是火箭测试发射过程中火箭与地面信息交互的重要枢纽,系统信息流可分为控制类、测量类和箭地通讯信息流。测发控系统主要经历了3化设备、一体化、新型一体化这3个阶段,不同阶段系统信息流各具特点,不断优化。分析影响系统信息传递效率因素,梳理系统信息流设计的关键要素以及技术要点,并对系统信息流优化方向进行展望,为后续运载火箭全箭试验数据整合、火箭健康管理、远程测试发射等应用的实现提供参考。

长征四号系列运载火箭测发控系统技术发展与展望

地面测发控系统是运载火箭系统工程中重要的组成部分,随着科技的不断进步,以及高密度发射、快速性测试和低成本运营的迫切要求,为满足可靠、智能、高效、经济的目标而不断发展。本文回顾了长征四号系列运载火箭测发控系统的发展历程,对历代测发控系统产品和技术路线进行了分析,总结存在的主要问题,提出了电气动力一体化测发技术、远程测发技术、全箭综合健康管理技术和快速测发技术等关键技术作为未来测发控技术研究方向和应用模式,为地面测发控系统的后续发展提供参考。

运载火箭地面测发控系统架构研究

地面测发控系统是运载火箭的重要系统之一。经过六十多年发展,我国长征系列运载火箭地面测发控系统技术得到长足进步,支撑了航天运输系统的快速发展。近年来,随着一体化设计、射前无人值守、产品通用化、重复使用等新需求的出现,使得地面测发控系统不足之处逐渐显现。通过总结国内外运载火箭地面测发控系统的技术发展趋势,提出了我国运载火箭地面测发控系统架构设计思路,通过三层架构模型设计规范地面测发控系统技术体系、简化系统组成、提升系统整体性能。同时,结合我国下一代航天运输系统的技术发展需求,对我国下一代火箭地面测发控系统进行了设计构想,为后续运载火箭地面测发控技术发展提供建议。

航天发射自主安控技术探究

针对现有航天发射安全控制系统严重依赖地面跟踪测量设备、无法有效提升发射频次和发射能力的问题,提出了自主安全控制技术。该技术在确保对地面目标实施有效保护的同时,取消了箭上安全控制系统对地面安控系统的依赖,可有效提升发射能力。提出一种通用自主安全控制系统的设计方案,设计了自主安控策略,并分析了自主安控系统的应用前景。

长征四号系列运载火箭控制系统技术发展

控制系统作为运载火箭的大脑和神经中枢,直接决定发射任务能否成功。长征四号系列运载火箭通过百发发展,控制系统技术不断进步,先后经历了单平台控制系统、平台捷联控制系统、双捷联控制系统和单十表控制系统4个阶段。每个阶段的控制系统技术应用均代表当时技术发展的方向。从控制系统的硬件组成、各子系统及冗余方案3个方面,综述长征四号系列运载火箭的控制系统技术发展,并对控制系统的技术发展进行展望。

基于CAN总线接口的车载操纵杆设计

在车载半自动发控系统中,操作人员常常通过操纵杆来控制身管的调转,从而实现对目标的跟踪瞄准控制。针对车载发控系统设计了一种基于CAN总线接口的操纵杆,该操纵杆由霍尔传感器输出两轴连续模拟量,经CAN总线接口转换为方位、高低角控制数据,还可以接收上位机的角度误差信息并通过显示屏显示。产品设计过程中充分考虑了在电磁干扰环境下工作的特点,通过在电路和软件方面采取措施,有效提高了产品的各项性能,目前已经在系统中批量应用。

某发控设备一体化自动化测试系统研究

针对某发控设备所使用的测试设备一体化程度低、测试方法自动化程度低的问题,提出了一种一体化自动化测试系统的设计方案;该测试系统基于发控设备研制调试、交付验收、试验保障等环节的实际使用需求,采用“测控计算机+负载模拟单元”架构,设计并实现了一体化硬件平台及自动化测试软件;该测试系统在实装环境下完成功能和性能测试,测试结果表明其有效性;其快速、准确、高效地完成测试过程,达到了测试效率和测试质量的双提升,所做研究对开展测试设备类的研究具有借鉴意义与参考价值。

融媒体中心电视播控发射机房动力和环境监测系统设计

为实现对广播电视相关信息系统的安全化保护,根据电视播控系统的规模化、数量多、复杂度高等特点,以“融媒体中心”为背景,文中设计了一款功能完善、实用性强的电视播控发射机房动力和环境监测系统。首先,在完成系统网络结构和系统数据库设计的基础上,重点设计机房供配电监控子系统、UPS电源监控子系统、精密空调监控子系统、机房温湿度检测子系统、机房漏水检测子系统、机房视频监控子系统等六大子系统,保证系统核心模块的设计质量,然后对系统进行测试。结果表明,文中设计的电视播控发射机房中的动力和环境监测系统运行正常,各功能模块满足了设计相关要求,希望为相关人员提供有效的借鉴和参考。

液氧甲烷重复使用辅助动力系统方案与进展

航班化航天运输系统的应用需求日趋迫切,基于液氧/甲烷(LOX/LCH 4)发动机的可重复使用运载火箭成为国内外研究热点。面向某型运载火箭对一级返回辅助动力系统的需求,提出了基于电动泵的主辅一体化液氧甲烷系统方案和独立挤压式液氧甲烷系统方案,开展了方案比选和应用优势分析,并介绍了液氧甲烷轨姿控发动机和低温表面张力贮箱的研究基础,以及国内首款液氧甲烷轨姿控推进系统集成演示试验情况。液氧甲烷辅助动力系统可以实现全箭推进剂的统一和无毒化,助力运载火箭走向高效及完全可重复使用。选择切实可行的“分步走”策略,优先开展挤压式液氧甲烷辅助动力系统的工程化研制与飞行应用,逐步实现基于电动泵的主辅一体化液氧甲烷辅助动力系统在重复使用运载火箭和低温上面级等领域应用。

运载火箭新型地面测试发控系统构想

为了提高我国地面测试发控系统整体水平,在借鉴和继承国内外成熟型号地面测试发控系统优秀设计思想的基础上,结合现代运载火箭技术需求,通过对总体设计、任务和功能分析、框架组建等方面的分析和论述,提出了新型运载火箭地面测试发控系统方案构想。此方案在总体设计思想、系统框架结构设计、应用模式上提出新的思路,对于适应未来运载火箭发射要求提供了技术途径。

基于1553B总线的运载火箭控制系统分析

采用1553B总线技术实现运载火箭电气系统的信息一体化设计已成为运载火箭电气系统的设计方向。作为运载火箭电气系统的核心组成部分,控制系统采用1553B总线互联在设计上将具有许多新的特点。从系统的功能组成、拓扑结构设计、数据流分析和总线性能分析等方面对基于1553B总线的运载火箭控制系统进行了分析讨论。