运载火箭的距离惯性制导

本文应用系统辨识和参数估计理论,提出了运载火箭的主动段距离惯性制导系统.系统的精度比现有惯性制导系统的精度有较大的提高.另外,这种技术还可推广到运载火箭的精度鉴定和精确的落点预报.     

运载火箭迭代制导方法的改进研究

提出了一种能够同时控制终端六个状态分量的迭代制导改进方法．针对只能控制发动机推力方向的运载火箭,将俯仰角控制过程分为两段,分别对两个位置分量进行修正,实现对火箭六个状态分量的控制．在火箭到达终点时同时满足了三个速度分量和三个位置分量的终端约束,增强了迭代制导方法的自适应性．算例结果表明,改进方法将制导终端位置偏差减小了一个量级,且未增加迭代制导的计算量,便于箭载计算机软件实现．     

基于改进预测制导的深空撞击探测末制导律

考虑到机动时机的选取和最终撞击的精度,针对小天体高速撞击任务的特点,设计了一种改进的末段预测制导律。该制导律引入点位误差椭圆来描述导航精度,并基于撞击器与目标的矢量计算出零控脱靶量,以此作为确定机动时机的指标来驱动预测制导律的执行与误差的校正。通过蒙特卡洛仿真分析表明：使用该制导律的GNC系统在节省燃料的同时,可以提高最终的撞击精度。     

考虑导航误差和摄动影响的椭圆轨道最优交会制导

本文提出了一种新的航天器最优交会制导方法.该方法能够快速精确求解包含J_2项与大气阻力项摄动的椭圆轨道交会问题,并充分考虑非合作目标存在的导航误差,保证交会精度的同时实现所需速度增量最优.首先,本文采用了一种新的状态转移矩阵求解方法,能够对考虑J_2项和大气阻力项摄动的任意偏心率下的相对运动进行描述,得到考虑摄动与偏心率信息的状态约束.其次,建立了导航误差模型,得到描述导航误差的状态约束,并分析其对交会精度与所需速度增量的影响,设计包含加权矩阵的性能指标实现在存在导航误差情况下所需速度增量最优.然后,通过引入松弛变量,将最优交会问题转化为标准二阶锥规划问题进行求解.再者,为了进一步提高相对距离较大的交会任务精度,构建了闭环制导框架.最后,本文通过仿真,验证了设计方法在考虑J_2项与阻力项摄动情况下的有效性,针对椭圆轨道交会问题的精确性以及考虑导航误差情况下所需速度增量的最优性.     

基于预测落点导引律的制导炸弹中制导律设计

关于炸弹精确制导优化控制问题,是根据精确制导炸弹的飞行特点,要求精确打击目标.为了修正运动中的偏差,设计了制导炸弹的中制导规律,以实现对目标的精确打击的控制系统,提出了以预测落点作为反馈控制量的预测落点导引律,将制导炸弹有效导引向目标的任务,且保证落点脱靶量小.为提高制导律性能,进一步设计了比例微分积分形式的修正预测落点导引律,并进行了六自由度仿真及打靶试验.仿真结果表明,修正预测落点导引律生成的制导参数变化平稳、分布合理,可使制导炸弹保持很好的弹道性能,从而保证对目标实施精确打击,为精确制导设计提供了依据.     

超声电机参数摄动与广义预测控制

针对超声电机速度与驱动频率具有很强的非线性,理论建模困难,难以实现高精确控制的问题,采用辨识的方法建立了旋转行波超声电机的Hammerstein模型,并测量了该模型的参数摄动;针对电机参数在大范围内摄动,提出采用两步法广义预测控制方法,整定了广义预测控制算法的参数,并对超声电机两步法广义预测控制进行了稳定性分析和速度控制仿真。理论分析和仿真结果都表明,超声电机Hammerstein模型参数在大范围内摄动时,两步法广义预测控制器能够准确地跟踪速度设定值的变化,证明了超声电机广义预测控制的可行性,为超声电机高精度控制提供了控制模型和控制方法。     

运载火箭类周期测试数据特征预测方法研究

鉴于我国运载火箭测试数据判读工作现状,研究测试数据的预测算法,有助于预判故障趋势,提前采取措施;分析了运载火箭测试数据,提出测试数据依时间序列的分类方法;针对类周期型数据,设计了相应的特征提取算法,得出数据特征时间序列;应用滚动自回归预测算法,并将历史实际值与预测值的加权值作为当前时刻的建模数据,实现了类周期数据特征的趋势预测;该方法有助于改进运载火箭类周期型数据判读方法.     

制导火箭弹落点预测导引控制研究

为了提高火箭弹攻击地面目标的精度,文中给出了一种基于落点预测的火箭弹导引方法;首先以某型火箭弹为例,建立了其运动方程组,然后简化处理弹道方程得到落点预测模型,设计了基于落点预测模型的导引律,最后建立了Simulink六自由度弹道仿真模型并进行了数字仿真验证;研究结果表明:落点预测模型有效,相比无控火箭,采用落点预测导引律后制导火箭CEP由231 m减小为31 m,有效提高了火箭精度。     

航天器交会对接的模型预测与反演制导控制

面向空间交会对接和停靠的任务需求,将航天器相对制导控制系统视为离散时间控制系统.利用系统状态转移模型外推预测相对运动状态偏差,在每个控制周期中推力恒定的假设下,根据轨控作用对系统状态的影响规律,采用广义逆方法反演得到交会对接制导控制序列.对时间约束下的基于空间相对运动状态转移预测与反演的相对制导控制律进行设计,讨论该方法在实际应用中的一些特点.预测与反演制导控制中的控制输出直接表示为轨控加速度,更符合工程实际情况.近圆轨道的交会对接仿真结果表明,所提出的方法能够实现精度更高、更为柔顺平滑的交会对接,在轨控速度增量和推力器输出上也具有更好的工程适用性.     

基于方向加速法的RLV再入预测制导研究

针对可重复使用运载器(RLV)再入制导问题,为克服算法复杂度高、时效性差、以及环境扰动引起制导精度降低的问题,提出了一种基于修正方向加速法的再入预测制导方法,通过实时预测落点偏差及性能指标来在线搜索最优控制量增量。该方法以无约束极值理论为基础,将多约束的非线性最优化问题转化为无约束最优化问题。采用修正的方向加速法将多维搜索转化为一维搜索;同时进行最佳搜索方向替换,在性能指标收敛最快的方向上直接搜索可行解,降低了算法复杂度并提高了RLV抗扰动能力。仿真结果表明,与单纯形替换法相比,该方法可有效提高制导系统的时效性和精度,具有一定的工程应用价值。     

亚轨道飞行器再入段导航制导快速原型设计

为了加快亚轨道飞行器再入段导航制导系统从算法设计到硬件产品的实现过程,采用快速原型技术进行设计.借助基于RTX的快速原型开发平台,利用Matlab/Simulink/RTW将导航制导模型自动生成C代码,对自动生成代码做出相应修改以满足系统实时性要求,再编译链接生成可执行DSP代码,加载到DSP(数字信号处理器),实现了亚轨道飞行器再入段导航制导系统的DSP硬件在回路仿真.该系统的实时仿真结果与Simulink数字仿真结果一致,表明快速原型系统设计的正确性.该方法具有开发周期短、实时性能好等优点.     

可重复使用运载器自动着陆纵向制导律设计

在可复用运载器准确着陆控制问题的研究中,为实现可重复使用运载器(RLV)跟踪基准着陆轨迹以便安全地自动着陆,建立了以待飞航程为独立变量的无动力运动方程,利用线性二次调节器(LQR)方法设计了纵向制导律.纵向制导律以速度偏差、高度偏差和航迹倾斜角偏差作为输入,给出迎角指令和减速板偏角指令.针对基准情况、存在初始条件和气动参数不确定性的情况进行了仿真.仿真结果表明,设计的纵向制导律可行,能很好地消除初始条件和气动参数不确定性的影响,准确地跟踪基准着陆轨迹,具有很好的鲁棒性,并且着陆速度、着陆动压和下沉速率均满足着陆要求.     

一种高可靠的运载火箭测发控设备

为满足运载火箭对测发控设备的通用化及高可靠的要求,对运载火箭测发控设备的设计方案进行了研究;整体设备采用通用机箱加标准化模块的设计思路,背板采用自定义的机内接口,基于业务信息和管理信息异构的设计思想,通过背板上冗余的CAN总线及RS485总线实现业务和管理信息的分离,以及管理总线对业务总线的异构备份,机箱及标准化模块通过读取背板信息确认当前插槽及模块类型,实现模块的灵活布置,采用模块热备和总线热备两级热备方案,以及自定义的内部通信协议,经过测试实现了测发控设备在各类故障模式下的正常工作,冗余切换延时小于500 ms,该设备已于某新型低温液体运载火箭上成功应用,经过实际应用满足运载火箭测发控系统的要求,后续可应用于其他运载火箭的相关领域。     

运载火箭地面一体化测发控系统设计

现役运载火箭各分系统的测发控系统各自独立,存在资源浪费,兼容性差、信息传递低效等问题;随着测控技术发展和火箭电气系统需求牵引,新一代运载火箭地面测试、发射与控制在通用化、集成化、智能化等方面提出了更高的要求;通过梳理一体化设计的功能,提出一种运载火箭地面测发控系统的体系架构,整合传统运载火箭控制、测量、总控网等分系统的测发控共性需求,在统一供配电、有线测控、无线调制解调、数据处理与分析4个功能层面进行设计,包括系统组成、交互关系、重要单机(软件)的设计及其关键技术应用;该设计在某型号完成了原理性试验和关键技术验证,结果表明系统通用性强、集成度高、信息架构合理高效,能够在确保可靠性安全性的情况下,简化操作、提高效率、降低成本。     

运载火箭速率陀螺故障分析与仿真

以某典型运载火箭为例,在速率陀螺的结构及工作原理分析基础上,对故障模式进行分析并建立了正常及故障数学模型,应用Matlab/Simulink软件进行仿真,得到了系统正常信号与故障信号,为故障诊断中的样本数据产生与获取问题奠定了基础。同时也为姿控系统中其它部件故障模式仿真分析提供一定参考。     

BIT技术在运载火箭测试系统中的研究与应用

对BIT技术在运载火箭测试发射控制系统测试领域中的应用进行了研究。从BIT技术的设计原则、设计原理和工作模式等方面进行分析,设计了BIT测试流程并将其应用在运载火箭测试系统中,利用大数据降低了BIT系统虚警率,对于运载火箭测试领域提高测试可靠性,提高故障检测、故障隔离及排除效率对于火箭测发过程具有重要意义。     

快速机动发射运载火箭测发控系统的设计分析与展望

快速机动发射运载火箭担负着快速进入太空的使命,其配套的测发控系统需要适应快速机动发射运载火箭总体的简易、快速响应体制,达到短时间内实现快速测发的目标。通过对国内现有的XX-11、XX-1A、ZQ-1、XX-6等具有代表性的快速机动发射运载火箭测发控系统进行分析,总结归纳其技术特点,并对快速机动发射运载火箭测发控系统的未来发展作出展望。     

机载运载火箭飞行程序设计及仿真

关于载机和运载火箭分离程序的优化设计问题,为实现机载运载火箭飞行程序设计保证运行姿态稳定性,并进一步提高系统模型的可信度,在传统分析方法的基础上.考虑了箭机分离过程中载机与火箭飞行程序之间的相互作用,建立了载机与运载火箭的分离多体动力学模型,研究了影响飞行姿态的主要因素.开发了集仿真计算、三维视景演示和可视化结果分析为一体的机载运载火箭飞行程序设计仿真系统,实现了机载火箭飞行程序设计,性能分析以及三维飞行演示等功能.仿真结果表明系统提高了机载运载火箭飞行性能,并能为飞行程序设计的可行性与可靠性提供了科学依据.     

运载火箭大姿态调姿段全数值飞行仿真

以国产CZ系列运载火箭为研究对象,建立了大姿态飞行段全量数学模型,包括控制方程、箭体运动以及数字校正网络和非线性开关函数.并利用Matlab/Simulink仿真环境对大姿态调姿系统进行了全数值仿真研究.在仿真过程中,采用模块化思想建模,先将系统分解为一系列功能相对独立的子系统,再进行仿真模型集成,构建出大姿态调姿系统的总体模型.还对仿真模型进行了验证,分析了其在给定输入条件下的输出情况,仿真结果表明:模型建立正确,调姿系统的性能指标均满足技术要求,能够较好的完成调姿功能.最后对仿真模型进行了精度分析并提出了进一步研究方向.