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运载火箭主动段自适应增广控制

韦常柱; 琚啸哲; 何飞毅; 潘豪; 徐世昊 哈尔滨工业大学航天工程系; 哈尔滨150001; 上海航天控制技术研究所; 上海200233; 北京航天自动控制研究所; 北京100854
  • 自适应增益在线调整  
  • 干扰补偿  
  • 主动减载  

摘要:针对运载火箭上升段在复杂飞行环境、大不确定性干扰和振动等因素的影响下,传统PID控制方法难以满足高品质控制需求的问题,进行了自适应增广控制(AAC)方法研究,以实现对运载火箭姿态的精确控制。在深入分析自适应增广控制系统整体构架的基础上,通过标称PID控制器设计与基于粒子群优化(PSO)的数字滤波器设计实现了刚体控制及对弹性振动的抑制;继而针对大范围干扰、不确定性和由于滤波器切换产生的弹性振动影响,设计了在线调整算法自适应调节PID控制增益,并对其工作机理与参数设计原则进行研究;然后设计干扰补偿回路和主动减载回路以减小内外扰动、弹性振动和风载荷影响;最后在弹性振动、风干扰和参数不确定性等因素同时作用的状态下进行仿真分析,验证了自适应增广控制系统能够有效应对运载火箭主动段复杂飞行环境的影响,大幅度提升综合控制性能,具有理论研究意义与工程应用价值。

  • 地月平动点轨道应用与研究进展

    作者:刘磊; 陈明; 张哲; 刘勇; 马传令 期刊:《宇航学报》 2019年第08期

    面向未来月球和深空探测任务的需求,调研了地月平动点应用与研究的国内外现状与进展,着重分析了近年来的研究方向、研究内容、技术方法与特点,提出了面向未来月球和深空探测任务的地月平动点应用构想,梳理总结了需解决的相应关键技术,可为未来平动点相关研究与应用提供有益借鉴,以及为我国后续月球和深空探测任务的规划与论证提供参考。

  • 火箭整流罩声振环境缩比特性研究

    作者:荣吉利; 范博超; 程修妍; 谌相宇 期刊:《宇航学报》 2019年第08期

    针对火箭整流罩全尺寸声振环境试验过程中难度大、成本高的问题,通过量纲分析的方法建立了缩比模型的相似准则,研究并获得了缩比模型与原模型之间内部声场、壁面振动加速度的关系,并使用声学有限元方法(FEM)进行了仿真计算。仿真结果表明,缩比模型与原模型场点处声压级相吻合,壁面振动加速度成一定的比例关系,符合缩比准则结果。该方法为火箭整流罩的声振环境预示和试验提供了理论依据。

  • 设计参数对幂次乘波体纵向静稳定性的影响

    作者:王晓朋; 张陈安; 刘文; 王发民; 叶正寅 期刊:《宇航学报》 2019年第08期

    为实现幂次乘波体的纵向静稳定设计,对幂次体激波面后流线的"凹凸"特性与设计参数之间的关系进行了研究,并以此为依据,通过数值计算的方法得到了设计参数与幂次乘波体纵向静稳定性之间的关系。结果表明:幂次体激波面后的流线由"内凹"和"外凸"两部分组成;设计参数c越大、n越小、设计Ma越大、前缘点布置的越靠前以及乘波体长度L越长,流线的"外凸"段所占比例越大,由此得到的幂次乘波体纵向也就越稳定;此外,在其他设计参数确定的情形下,前缘线形状的改变并不影响乘波体的纵向静稳定性。

  • 带轴对称台阶的圆锥高超声速边界层转捩试验

    作者:徐席旺; 易仕和; 张锋; 熊浩西; 石洋 期刊:《宇航学报》 2019年第08期

    在Ma 6风洞内,通过高频脉动压力测试技术和基于纳米粒子示踪的平面激光散射(NPLS)技术,分别对带前向、后向轴对称台阶的圆锥高超声速边界层转捩进行了试验研究。采用功率谱密度分析和互相关计算等方法对脉动压力数据进行分析,得到了边界层中扰动波的发展规律,定量分析了第二模态波的相关参数。结果显示:两种模型中第二模态波在沿流向向下游发展的过程中,其幅值均先增大再衰减、特征频率均逐渐减小;特征频率和传播速度整体上均随雷诺数的增大而增加(后台阶模型中特征频率由100 k Hz增至196 k Hz,前台阶中则由97 k Hz增至174 k Hz)、波长变化规律则与之相反(后台阶中由6. 35 mm降至4. 54 mm,前台阶由7. 35 mm降至4. 66 mm);后台阶模型中第二模态波初次出现位置比前台阶中更靠近上游,边界层转捩位置较前台阶前移。将NPLS结果与高频脉动压力测试结果进行对比,两者吻合较好。

  • 一种用于静态红外地球敏感器的高效算法

    作者:陈璐; 王昊; 王本冬; 金仲和 期刊:《宇航学报》 2019年第08期

    为提高微纳卫星的姿态检测效果,针对静态红外地球敏感器的全景鱼眼成像特点,以单张红外成像为研究对象建立成像模型,提出了间隔向量积与t Location-Scale分布置信区间均值结合的算法。将红外成像投影到空间球体上形成空间像点环;在像点环上间隔取点做向量积,得到当前目标姿态角的样本集合;通过t LocationScale分布进行极大似然估计,得到目标姿态角样本均值和方差的估计量;再次计算1σ置信区间内样本均值,最终得到目标姿态角的估计值。相比于原算法,目标姿态角在±10°内的标准差由0. 06°下降为0. 03°,精度提高了50%。另外为避免迭代收敛的耗时问题,给出了应用于实际工程的查表法,使运算速度提高了87%,提升了静态红外地球敏感器的测量精度和效率。

  • 空间目标三维重构误差分析与相机参数设计方法

    作者:田阳; 宋新; 王盈 期刊:《宇航学报》 2019年第08期

    针对空间目标三维重构任务中的相机参数设计问题,提出一套由目标重构精度反演观测相机参数及观测方案的方法。通过梳理三维重构误差传播机理,将误差传播归结为相机内参数影响特征点齐次坐标和齐次坐标影响重构精度两个过程,给出了三维重构误差计算方法。基于误差下限分析计算结果,给出了观测距离、拍照间隔与相机姿态指向等任务参数的设计原则,建立了由重构精度反演相机焦距和像素尺寸的方法,形成一套以重构精度为核心指标的观测方案和相机参数设计方法。针对模拟空间目标的仿真试验校验了重构误差估算算法及相机参数和观测方案设计方法的有效性。

  • 晃动基座下正向-正向回溯初始对准方法

    作者:徐祥; 徐大诚 期刊:《宇航学报》 2019年第08期

    针对传统方式需要对准时间长的问题,提出一种晃动基座下正向-正向回溯初始对准方法,实现了快速初始对准的目的。首先,给出了导航惯性系粗对准的基本原理,分析了导航惯性系粗对准在回溯过程中的作用。其次,对捷联惯导系统初始对准过程进行了深入的研究,利用导航惯性系建立精对准系统误差模型,将晃动基座时变姿态误差角估计问题转换为时不变姿态误差角估计问题,进而为正向-正向回溯对准奠定了理论基础。在此基础上,详细分析了正向-正向回溯对准的基本原理和设计方法。最后,通过设计仿真实验,验证了本文设计的对准方法可以在303 s内实现晃动基座上航向误差优于0. 1°的对准精度。试验结果表明,本文提出的方法具有计算效率高、对准时间短、对准精度高的优点。

  • 2019年航空宇航科学与技术学科全国优秀博士学位论文评选结果揭晓

    作者: 期刊:《宇航学报》 2019年第08期

    为深化研究生教育改革,鼓励拔尖创新人才脱颖而出,促进航空宇航学科领域的交流与协同,提升学科建设水平,拓展学科影响力,根据国务院学位委员会有关工作精神,第七届国务院学位委员会航空宇航科学与技术学科评议组联合中国宇航学会共同组织开展了2019年航空宇航科学与技术学科全国优秀博士学位论文评选工作。评选对象为2016-2017学年度(2016年9月1日-2017年8月31日)在国内学位授予单位获得航空宇航科学与技术一级学科(含相关二级学科)博士学位者的学位论文。

  • 《宇航学报》2018年期刊指标再创新高

    作者: 期刊:《宇航学报》 2019年第07期

    根据中国科学技术信息研究所发布的《2018年版中国科技期刊引证报告》,《宇航学报》期刊评价指标再创新高,其中核心影响因子为0.942,为学科平均水平(0.430)的2.2倍,较前一年(0.885)提高了6.4%,综合评价总分继续保持航天科技期刊第一位。《宇航学报》再次获得'百种中国杰出学术期刊'和'中国国际影响力优秀学术期刊'荣誉称号。'百种中国杰出学术期刊'评选是国家科技部立项开展的'中国精品科技期刊战略研究'工程中的重要组成部分,以各项文献计量指标为基础.

  • 航天器自主任务规划修复技术研究进展

    作者:徐瑞; 陈超; 崔平远; 朱圣英; 徐帆 期刊:《宇航学报》 2019年第07期

    结合航天器自主能力发展的迫切需求,阐述了航天器自主任务规划修复的必要性和难点。给出了航天器自主任务规划修复技术、航天器任务规划稳定性和规划修复问题的定义。根据规划执行失败时采用的修复策略,将自主任务规划修复技术分为规则匹配型、局部调整型、删除/求精型、状态转移型和构造新问题型五类。重点归纳了各类自主任务规划修复技术的研究进展和特点,分析了规划稳定性的定量评价方法。并在对目前任务规划修复方法总结分析的基础上,给出了未来航天器自主任务规划修复技术的研究方向建议。

  • 风场综合利用的新型平流层浮空器轨迹设计

    作者:邓小龙; 丛伟轩; 李魁; 杨希祥 期刊:《宇航学报》 2019年第07期

    针对平流层底部准零风层特点,提出一种基于风场综合利用进行长时区域驻空的新型平流层浮空器,系统采用南瓜形超压气球体制,建立系统的浮重模型、推阻模型和能源模型,利用迭代算法完成了总体方案设计。在此基础上,建立动力学模型和高度调控模型,针对我国某地风场模型,设计东西、南北方向独立控制区域驻留策略以及基于风场综合利用的协同控制区域驻留策略,通过SIMULINK模块开展区域驻留仿真,并对五种控制模式下的飞行轨迹进行对比分析。

  • 高超声速导弹多场耦合仿真

    作者:徐世南; 吴催生 期刊:《宇航学报》 2019年第07期

    为准确预测高超声速导弹气动力与气动热环境,采用分区求解方法,实现气动力/热/结构多场耦合计算,并通过与试验值对比确立了耦合仿真方法的有效性。建立大长细比高超声速导弹仿真计算模型,对导弹弹体结构变形、温度场和压力场进行了数值模拟。仿真结果表明:弹体结构随着攻角增加发生轴向拉伸和横向弯曲;拉伸变形主要由气动热引起,弯曲变形主要由气动力引起;导弹头部气动热与气动力载荷大;耦合效应随着导弹攻角增加更加明显,造成导弹气动热力学环境更加严酷。

  • 大气层外多拦截器协同跟踪与制导算法

    作者:张召; 王恒; 荆武兴; 高长生 期刊:《宇航学报》 2019年第07期

    针对大气层外多弹头多诱饵的进攻场景,采用多拦截器全拦截策略,提出了带故障诊断的协同跟踪算法、时间协同中制导律以及消除脱靶量的末制导律。首先,基于最小二乘算法以及误差传播理论,实现了局部信息融合以及测量方程的线性化,简化了非线性跟踪滤波算法的设计;并依托滤波算法,设计了传感器故障诊断算法,以排除其对跟踪效果的影响。然后,基于对拦截器和目标受力的合理简化,给出了相对运动解析解,设计了有限推力下的多拦截器时间协同中制导律以及末制导律,实现对多个目标的同时击毁。仿真结果显示,本文设计的协同跟踪与制导算法,可以有效估计目标的状态并排除故障传感器的干扰,实施对多个目标的时间协同拦截。

  • 线性自抗扰控制器的噪声抑制改进研究

    作者:张敏捷; 杨雷; 侯砚泽; 石泳; 左光 期刊:《宇航学报》 2019年第07期

    针对线性自抗扰控制器对噪声敏感的问题,提出了一种基于预报线性跟踪微分器的噪声抑制自抗扰控制器。首先给出了基于预报思想的线性跟踪微分器的一般形式,并分析了其频域特性;然后以航空飞行器姿态控制为例,设计了二阶预报-跟踪微分自抗扰控制器,并利用控制器疲劳度(Weariness degree)的概念,分析了噪声抑制自抗扰控制器的对噪声的抑制特性及闭环控制频域特性;最后通过飞行器硬件在环仿真(Hardware-in-the-Loop Test)对将该方法与传统惯性滤波器、线性跟踪微分器进行对比。结果表明该方法能有效抑制噪声污染对线性自抗扰控制器闭环特性的影响,降低扩张状态观测器高增益带来的噪声放大问题,增强控制器的鲁棒性,并能降低滤波带来的相位延迟,具有工程实用性。

  • 一种利用ILSP的同步DS-CDMA信号快速盲解扩算法

    作者:张花国; 曾辉; 尤少钦 期刊:《宇航学报》 2019年第07期

    针对同步DS-CDMA信号的盲解扩问题,本文提出了一种基于迭代最小二乘投影算法(ILSP)的快速盲解扩算法。本算法首先通过对截获信号的协方差矩阵进行特征分解,估计出由各用户扩频序列张成的信号子空间,然后结合扩频码序列的有限符号集特性,利用ILSP算法消除由特征分解产生的酉矩阵模糊问题,得到扩频序列的精确估计,最后利用估计得到的扩频序列对截获信号解扩得到信息码序列,完成DS-CDMA信号的盲解扩。仿真结果表明本算法在低信噪比条件下具有良好的盲解扩性能,且相较传统算法本文提出算法大大降低了计算复杂度。

  • 基于螺旋理论的环形桁架式可展天线构型综合

    作者:韩博; 许允斗; 韩媛媛; 姚建涛; 赵永生 期刊:《宇航学报》 2019年第07期

    基于螺旋理论针对环形桁架式可展天线机构的构型综合问题进行研究,首先概述基于螺旋理论的约束综合法,然后分析环形桁架可展天线机构的收展原理,将环形桁架机构分为上下环形边两部分,通过综合环形边机构并连接上下环形边便可得到环形桁架机构;采用移动副(P)来描述各个节点花盘的运动特性,通过基于螺旋理论的约束综合法针对环形边支链机构进行分析与综合,得到了16种约束支链机构,通过分析与优选得到了两种约束支链机构;采用综合得到的约束支链机构组合得到了环形边链路机构并通过连接组合与推演得到了四种环形桁架可展开机构;最后针对综合得到的四种环形桁架机构在Solidworks软件中进行了三维建模与运动仿真,校验了各机构的可展性。本文的研究为可展天线机构的构型综合提供了一种新思路,综合得到的几种环形桁架机构在空间可展开天线领域具有较好的应用前景。

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