某飞行器便携式简易发射控制装置设计与实现

针对某飞行器传统发射控制装置结构复杂、操控繁琐、可靠性差的现实问题,开展便携式简易发射控制装置总体技术方案设计,基于虚拟仪器技术、构建PXI总线测控平台,采用便携式加固机箱构架、实施功能结构整合;围绕该飞行器射前性能检查和发射控制过程安全可靠要求,开展系统软硬件技术研发,完成硬件设备选型、功能结构设计与电气适配调理,实施射检发控软件功能规划与流程设计。实际使用表明:该发射控制装置结构简明优化、操控安全可靠、保障便捷高效,满足实战化发射要求。

基于FPGA的车载发控计算机的设计与实现

车载发控计算机既要求可靠性高,又要求低成本,需要在整机设计、机械结构设计、电路结构分解、接口设计与实现、元器件选型等方面协同设计。兼顾考虑低成本与高可靠要求,提出一种基于DSP和FPGA的低成本车载发控计算机的设计思路,DSP实现控制算法,FPGA实现接口数据转换与传输。发控计算机采用一种便于生产和快速维修的车载嵌入式计算机结构,具备较高的实时数据采集处理、多通道数字和模拟信号隔离采集、大FIFO深度串行数据缓冲以及防雷通信接口等能力,满足车载领域应用要求。

复合风场影响下RLV着陆段固定时间控制

本文针对垂直起降的可重复使用运载器(RLV)返回着陆段面临多类型复合风场干扰影响导致的姿态跟踪控制收敛时间上界与初始状态强耦合及跟踪性能严重下降等问题,提出一种基于双幂次固定时间稳定理论的快速高精度控制方法。首先,对可重复使用运载器返回着陆段所受的自然风场进行分类建模,并分析风场对着陆段姿态控制的影响;其次,基于反步法框架,设计高低幂次加权多项式形式的趋近律,以保证系统状态误差在固定时间内收敛,且收敛时间和上界与初始状态无关;同时,为降低风场扰动对着陆段控制系统性能的影响,保证着陆段控制性能的稳定性及着陆安全性,引入固定时间扩张状态观测器对风场扰动进行估计和补偿;最后基于Lyapunov理论,证明了所设计的控制律可使RLV返回着陆段姿态控制误差在固定时间内收敛;多组数值仿真验证了所提方法的有效性。

基于力限控制技术的点式连接壁挂式发射的卫星振动试验方法

对于采用点式连接形式的壁挂式发射卫星,不同星箭接头在发射过程中的加速度谱有较大差异,采用传统方法制定振动试验的加速度控制谱可能导致“过试验”。为此,文章提出一种基于力限控制的振动试验设计方法:通过星箭耦合分析获得星箭界面处的界面力;振动试验时,在卫星主频处采用力限控制,在其他频段采用加速度谱预先下凹。将该力限控制方法应用于点式连接壁挂式发射卫星振动试验中,试验数据证明了该方法的有效性与可行性。该研究可为后续组批发射卫星地面验证提供参考。

考虑推力损失的运载火箭主动段容错控制

运载火箭上升段易出现推力下降等动力系统故障,传统的控制方法在干扰性较大场合难以满足高精度、高稳定的控制需求。本文进行了运载火箭自适应增广控制与模糊PD控制方法的研究,并分析两者的控制特性;提出一种基于模糊规则的动态切换控制算法,通过计算自适应PD控制与模糊PD控制的输出量加权,得到系统的最优控制方案;将控制力矩重构与动态切换控制算法结合,进行火箭容错控制研究。结果表明,基于模糊规则的动态切换控制算法能有效提高姿态控制品质,相比于其他控制方法,偏航角最大偏差减小20%以上,系统响应时间至少快15%,且控制过程中未出现振荡。

自适应增广控制频域分析与飞行试验

本文聚焦运载火箭自适应增广控制频域分析问题。首先,通过对控制器结构的简化,降低其非线性,同时构造单输入单输出环节,便于频域分析;之后,利用描述函数和常微分方程近似解析解的思想,对自适应增广控制进行了频域分析,获得了频域模型;最后,基于可重复使用验证飞行器对自适应增广控制器进行了飞行测试。飞行结果显示频域模型正确且精度较高,能够获得更好的控制效果。

基于IPV6和云服务的异地远程测发控系统设计

为布局未来低成本、高密度、强管控的航天测试和发射场景,降低人员的保障成本,提高测试和发射效率,依托高带宽和广覆盖的互联网资源,设计了一种基于IPV6和云服务的异地远程测发控系统,适用于信息公开的商业发射任务,包括核心测发网络、云服务网络和异地测发网络;技术人员可通过异地测发网络远程接入核心测发网络执行测试和发射任务;在IPV4网络环境下,由云服务网络实现核心测发网络和异地测发网络的数据转发;在IPV6网络环境下,云服务网络为核心测发网络和异地测发网络搭建网络隧道,使二者可以直联通信,从而节约云服务网络资源;经过测试,两种网络环境均实现了远程通信功能,IPV6网络环境具有更低的传输延时和云服务器资源占用,证明系统具有搭建成本低和使用地点灵活的优点,能够降低任务保障成本。

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。

面对称运载火箭优势面滚转迎风技术

针对面对称运载火箭飞行中俯仰、偏航通道控制力不匹配问题,提出通过姿态滚转控制调整迎风面以减小最大飞行摆角的控制技术,称为滚转迎风(bank-to-wind,BTW)技术。重点研究了BTW控制的离线法,推导了BTW控制滚动程序角理论值的解析解,证明了该理论值的偏差与飞行姿态偏差是同阶小量。提出带权重的傅里叶级数拟合算法,对滚动程序角进行修正,以符合工程应用的可行性。开展六自由度飞行动力学仿真,分析BTW控制对控制力、飞行气动载荷和滚动程序角跟踪品质的影响,验证BTW控制的有效性。比对不同拟合基频的仿真结果得出结论:拟合频率过高将影响控制品质,从工程应用角度看滚动程序角的“光滑性”比“拟合性”更重要。

运载火箭自适应增广控制参数设计及稳定性裕度分析

针对运载火箭主动飞行段的强鲁棒姿态控制系统设计要求,提出自适应增广控制器(adaptive augmenting controller,AAC)的参数设计方法以及稳定性裕度分析方法。首先,针对传统运载火箭建立了小扰动线性化方程,推导了传递函数,并基于特征点参数设计了比例微分(proportional-derivative,PD)控制器及校正网络。然后,开展了AAC设计,给出调节参数的具体设计方法和准则。为了评估加入AAC之后整个控制系统的稳定性,基于正弦分析法推导了AAC的正弦响应模型,从而可评估系统的稳定性。最后,在多种干扰条件下完成了六自由度(six degree of freedom,6-DOF)的仿真分析,证明了AAC的有效性,同时也获得了AAC+PD控制系统的幅值裕度和相位裕度。仿真结果表明,该方法能够反映实际系统的稳定性,具有一定的工程指导意义。

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。

基于IGBT时序控制的磁阻发射无级调速实现

为了实现磁阻发射无级调速威力可控,构建了IGBT时序控制无反拉力作用的二级磁阻发射电路,研究了电枢在线圈内弹道的速度-时间曲线,采用最小二乘原理对速度-时间曲线进行了分级多项式拟合;基于电枢终点效应及电枢飞行阻力系数,构建了弹丸飞行方程组及电枢出口速度的数值推导求解方法;当电枢目标出口速度小于第一级线圈所能达到的最大速度时,第二级线圈不工作,通过第一级速度时间拟合函数求得IGBT的通断时序来实现电枢目标出口速度;当电枢目标出口速度高于第一级线圈最高速度时,第一级IGBT按最大速度设置通断时序,通过第二级速度时间拟合函数求得IGBT的通断时序来实现电枢目标出口速度;最后通过实验对测试结果与理论值进行比较与分析,得出了通过选择正确的IGBT通断时序可以实现磁阻发射无级调速的结论。

商业航天发射场1号发射工位控制系统的设计

针对航天发射场发射工位系统多,各系统独立控制,产生的数据格式不统一、通信协议不统一、不利于测试发射中的问题分析、系统故障多等问题,提出了一种基于自主可控的新一代高速总线架构VPX控制器,设计了高可靠的冗余工位控制系统。对发射工位的勤务塔控制、发射台控制、摆杆控制、喷水控制进行一体化设计,通过VPX控制器的通用化、标准化设计,使系统具备较高的可靠性和安全性。1号发射工位控制系统用于海南商业航天发射场1号发射工位,实现1号发射工位勤务塔控制、发射台控制、喷水控制3个子系统的统一监控管理,使得新一代中型运载火箭的测试发射经济高效、自主可控。

大跨度钢箱梁步履式顶推施工控制研究

大跨度钢箱梁步履式顶推施工控制是确保施工过程中结构安全,成桥线形和应力符合设计要求的关键。本文以官溪河大桥主桥为工程背景,对大跨度钢箱梁步履式顶推施工控制进行研究。采用有限元仿真分析方法对全桥施工过程进行分析,研究顶推施工过程中主梁线形和应力的变化规律,确定各梁段施工预拱度。制定现场施工监控方案并开展施工中线形和应力实时监测,通过对理论值与实测值对比分析,表明施工过程中全桥线形和应力控制良好,施工过程结构安全。

基于单点顶推的双幅六跨刚构桥一次性合龙关键技术研究

依托全国首例双幅六跨连续刚构桥合龙项目,阐明了一次性合龙施工过程的单点顶推技术要点。针对主桥顶推施工难点,从局部构造和整体受力方面进行了优化,保证了顶推过程的可控性。在现场施工重难点梳理的基础上,针对合龙前的合龙温度选择、测量监控以及合龙过程中挂篮吊架设置、平衡配重、顶推布置、锁定、体系转换等关键技术严格把关,保证一次性合龙施工的可靠性,可为类似双幅多跨连续刚构桥合龙施工提供解决方案。

双腔室隔板控制后喷减后坐武器内弹道性能研究

针对某新型榴弹发射器高初速发射时后坐力过大的问题,采用双腔室隔板控制后喷减后坐技术,运用两相流内弹道理论对武器发射过程进行理论建模和数值模拟。与试验结果对比,验证了模型和算法的正确性;与普通武器内弹道性能对比,证实了双腔室隔板控制后喷减后坐技术能够降低武器的后坐力。研制样机并进行试验,结果表明双腔室隔板控制后喷减后坐武器的后坐冲量由114.798 N·s下降到28.47 N·s,减后坐效率为75.199%。

一种包含指纹识别的火箭发射装置安全锁定器的设计

火箭发射装置安全锁定器是用于发射火箭弹的工具,是通过电流激发控制火箭弹中的点火具激发来实现火箭弹发射的工作。火箭发射装置无线安全锁定器在原有的开机数字密码的基础上新增了一个指纹身份识别环节,指纹身份识别与数字密码一样是通过授权的管理员进行录入,只有已录入指纹的作业人员才能通过指纹身份识别单元的身份识别才能开启锁定器,从而在源头上确保火箭弹发射安全。

固体捆绑火箭联合摇摆控制方法

针对固体捆绑运载火箭固体发动机大范围推力变化、推力不同步问题,提出了一种固体捆绑火箭联合摇摆控制方案。首先利用燃烧室压强估算各台固体发动机实时推力,根据推力变化在线修正控制器参数,以适应固体发动机大范围推力变化;然后采用推力不同步前馈控制,消除推力不同步影响;最后采用固体发动机下沉角实时补偿控制方法,消除固体发动机摆心漂移影响。经仿真验证,该方法可有效解决固体助推器间推力不确定和推力不同步带来的控制难题,大幅提高姿态控制精度,提升固体捆绑火箭飞行适应能力。

基于自适应预设性能的运载火箭姿态容错控制

针对存在模型不确定性、外部环境干扰及执行机构故障的运载火箭姿态容错控制问题,提出了一种自适应预设性能容错控制方法。首先,基于运载火箭姿态运动模型、执行机构故障模型及姿态跟踪误差模型,建立了运载火箭容错控制数学模型;然后,利用级联扩张状态观测器对总扰动进行观测补偿,并针对故障可能造成姿态跟踪误差突变的问题提出了一种固定时间收敛的自适应预设性能函数,设计了预设性能反步控制律,证明了闭环控制系统的稳定性;最后,通过数值仿真验证了该控制方法能在执行机构故障情况下确保姿态跟踪误差满足预设性能指标。

运载火箭中频交流供电线路的远程漏电检测技术研究

为提升运载火箭测试效率,优化射前测发流程,改变传统手动断开电缆进行漏电检测的方法,面向运载火箭远程漏电检测需求,开展了运载火箭中频交流供电线路的远程漏电检测技术研究,保持原有箭地供电线路,对漏电检测电路进行设计及精度计算分析,并采取自检测等设计提高系统的可靠安全性。经试验验证,该系统满足在线连续漏电检测不少于24h,精准漏电检测范围为500kΩ~50MΩ,漏电检测精度为±10%,具有高可靠、高精度、高效率等特点,并成功应用于大型低温运载火箭的测发流程中,对于提升运载火箭自动化测试水平、实现前端无人值守具有重要意义。