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组合动力运载器控制系统研究启示

中国航天 2022年第1期 37-40页

作者：水尊师王雷北京空天技术研究所控制总体室

新一代低成本、高效可重复使用的组合动力运载器是未来航天领域发展的必然趋势,然而组合动力运载器由于具有飞行包线大幅扩展、自主可靠性要求高,以及强耦合、强不确定性、约束条件苛刻等特点,使得控制系统设计更为复杂和困难。虽然控... 详细信息

新一代低成本、高效可重复使用的组合动力运载器是未来航天领域发展的必然趋势,然而组合动力运载器由于具有飞行包线大幅扩展、自主可靠性要求高,以及强耦合、强不确定性、约束条件苛刻等特点,使得控制系统设计更为复杂和困难。虽然控制理论界和工程界已对运载器的控制系统分析设计方面开展了众多有价值的研究,但更大空域、更宽速域的组合动力运载器相关研究仍然面临较大挑战,因此有必要结合组合动力运载器自身动力学特点与飞行任务需求,进一步提升控制系统的任务效能,为未来航天事业的突破提供技术储备。

关键词：提升控制系统控制系统分析运载器任务效能动力学特点研究启示技术储备飞行包线

基于高斯伪谱方法的再入飞行器预测校正制导方法研究

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宇航学报 2011年第6期32卷 1249-1255页

作者：水尊师周军葛致磊西北工业大学精确制导与控制研究所西安710072

为了提高再入制导的适应性和鲁棒性,提出了一种最优预测校正制导方法。根据伪谱方法将再入动力学微分方程约束转换为代数方程约束,将制导问题转换为不需要积分弹道的最优规划问题,利用Gauss伪谱法收敛速度快、精度高的特点,设计了航路... 详细信息

为了提高再入制导的适应性和鲁棒性,提出了一种最优预测校正制导方法。根据伪谱方法将再入动力学微分方程约束转换为代数方程约束,将制导问题转换为不需要积分弹道的最优规划问题,利用Gauss伪谱法收敛速度快、精度高的特点,设计了航路点间分段优化的伪谱自适应鲁棒再入制导律,对制导律的特性进行了分析。数值仿真表明,这种再入制导律对于再入点误差不敏感,具有良好的鲁棒性,仿真表明校正时间很短,具有应用于在线制导的潜力。

关键词：再入制导轨迹优化预测校正航路制导

一种适用于月球跳跃返回的改进解析预测校正制导律

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宇航学报 2012年第9期33卷 1210-1216页

作者：周军水尊师葛致磊西北工业大学精确制导与控制研究所西安710072

解析落点预测-校正制导律具有计算量小的特点,适用于月球返回舱机载计算机的在线计算,针对其对远航程适应性差的问题,提出了一种改进的解析预测制导律。通过调整上升段的控制增益,减小返回舱飞离大气层时刻实际状态与标准状态的偏差,对... 详细信息

解析落点预测-校正制导律具有计算量小的特点,适用于月球返回舱机载计算机的在线计算,针对其对远航程适应性差的问题,提出了一种改进的解析预测制导律。通过调整上升段的控制增益,减小返回舱飞离大气层时刻实际状态与标准状态的偏差,对飞出大气层的速度进行修正以补偿弹道段空气阻力引起的航程减小。二次再入段采用数值预测-校正制导,利用逐步校正的方法,解决了收敛问题,避免了复杂的基准弹道设计过程。数值仿真表明,所设计的制导律能够适用于远航程情况,在具有初始位置偏差、质量偏差、气动偏差、大气偏差的情况下,终端位置精度在5km以内,表明该制导律具有良好的鲁棒性,该制导律具有在线实施的潜力。

关键词：再入制导跳跃再入预测校正月球返回

基于鲁棒状态观测器的运载火箭姿态控制系统设计

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航天控制 2012年第2期30卷 11-16,21页

作者：周军水尊师葛致磊西北工业大学精确制导与控制研究所西安710072

考虑弹性振动和液体晃动,采用鲁棒观测器设计了运载火箭的姿态控制系统。将姿态角测量结果中弹性振动的影响视为外界干扰,利用状态观测器的低通滤波特性实现对高频弹性信号的衰减,同时状态观测器替代速率陀螺估计得到姿态角速度,以姿态... 详细信息

考虑弹性振动和液体晃动,采用鲁棒观测器设计了运载火箭的姿态控制系统。将姿态角测量结果中弹性振动的影响视为外界干扰,利用状态观测器的低通滤波特性实现对高频弹性信号的衰减,同时状态观测器替代速率陀螺估计得到姿态角速度,以姿态角和角速度信号为输入,采用扭曲二阶滑模控制方法设计了姿态控制律,并从理论上对该控制律稳定液体晃动和弹性振动的原理进行了证明,对观测器变换矩阵的选择进行分析。数值仿真表明,在参数摄动和干扰的影响下,所提出的变结构控制律能够有效的跟踪控制指令,稳定系统姿态,具有较强的鲁棒性,同时鲁棒状态观测器能够准确的估计出角速度信息。

关键词：运载火箭姿态控制鲁棒状态观测器弹性振动液体晃动变结构控制

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空天飞行器椭圆式无动力着陆轨迹设计方法

战术导弹技术 2021年第5期 63-70页

作者：聂文田佘智勇水尊师北京空天技术研究所北京100074

针对空天飞行器无动力着陆轨迹设计问题,提出一种椭圆式高度剖面的离/在线轨迹设计方法。传统设计方法在参考航天飞机轨迹设计方法的基础上进行优化改进,但避免不了设计过程中参数繁多、连续性较差等缺点,并且不能够在飞行器着陆过程中... 详细信息

针对空天飞行器无动力着陆轨迹设计问题,提出一种椭圆式高度剖面的离/在线轨迹设计方法。传统设计方法在参考航天飞机轨迹设计方法的基础上进行优化改进,但避免不了设计过程中参数繁多、连续性较差等缺点,并且不能够在飞行器着陆过程中在线更新轨迹以保证着陆精度。以往的在线轨迹设计方法计算量大、对机载计算机的计算能力要求较高。提出的设计方法克服了传统方法的缺点,在满足各项指标要求的同时更具有连续性与平稳性,并且该方法简单、快速,适用于飞行器在线生成轨迹。

关键词：椭圆式空天飞行器无动力着陆轨迹设计着陆精度

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基于预测控制的角度约束制导律设计

飞行力学 2011年第3期29卷 56-59页

作者：水尊师周军葛致磊郭建国西北工业大学精确制导与控制研究所陕西西安710072

针对低高度、大倾角末端姿态约束问题,提出了一种弹道跟踪制导律。离线优化得到满足终端约束的基准弹道。为了避免出现奇异,将对位置的跟踪转换为对视线角及视线角速度的跟踪。根据当前状态,利用连续时间非线性预测控制,以弹道跟踪误差... 详细信息

针对低高度、大倾角末端姿态约束问题,提出了一种弹道跟踪制导律。离线优化得到满足终端约束的基准弹道。为了避免出现奇异,将对位置的跟踪转换为对视线角及视线角速度的跟踪。根据当前状态,利用连续时间非线性预测控制,以弹道跟踪误差和控制能量的组合为性能指标,在线滚动优化得到制导指令,分析了制导律的参数选取,最后对该制导律进行了全弹道数学仿真。与文献[2-3]中的导引律相比的结果表明,该制导律能实现干扰作用下对参考轨迹的精确跟踪,命中点姿态角控制精度高、脱靶量小,具有一定的鲁棒性。

关键词：预测控制角度约束末制导基准弹道

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再入飞行器的终端角度约束制导律设计

弹箭与制导学报 2006年第SA期26卷 1081-1083页

作者：郭建国水尊师周凤岐周军西北工业大学航天学院西安710072

在考虑飞行器命中目标时有落地速度和速度倾角的要求条件下,基于零化再入飞行器和目标视线角速率的思想,设计得到了一种适用于攻击地面固定目标的最优再入制导律。该方法利用最优控制理论的思想方法,不仅使飞行器命中目标时满足了终端... 详细信息

在考虑飞行器命中目标时有落地速度和速度倾角的要求条件下,基于零化再入飞行器和目标视线角速率的思想,设计得到了一种适用于攻击地面固定目标的最优再入制导律。该方法利用最优控制理论的思想方法,不仅使飞行器命中目标时满足了终端角度约束的条件,而且保证了再入飞行器机动速度损失最小。该方法简单,易于理解,便于工程应用,数字仿真验证了所提出的制导律的正确性和有效性。

关键词：终端角度约束再入飞行器最优制导律

BTT导弹地形跟踪/地形回避控制器设计方法

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导航定位与授时 2015年第2期2卷 13-19页

作者：魏东辉水尊师徐骋北京机电工程研究所北京100074

针对倾斜转弯(BTT)导弹地形跟踪/地形回避控制任务,在弹体坐标系下建立了导弹的动力学数学模型,将滚转通道独立解耦,俯仰-偏航通道耦合设计;依据H_∞混合灵敏度理论,设计了俯仰-偏航通道过载控制器和滚转通道滚转角控制器;通过六自由度... 详细信息

针对倾斜转弯(BTT)导弹地形跟踪/地形回避控制任务,在弹体坐标系下建立了导弹的动力学数学模型,将滚转通道独立解耦,俯仰-偏航通道耦合设计;依据H_∞混合灵敏度理论,设计了俯仰-偏航通道过载控制器和滚转通道滚转角控制器;通过六自由度非线性仿真,验证了设计方法的有效性。

关键词：倾斜转弯地形跟踪/地形回避 H∞混合灵敏度

基于预测控制的导弹俯仰通道制导控制一体化设计

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导航定位与授时 2014年第1期1卷 35-39页

作者：水尊师魏东辉徐骋北京机电工程研究所北京100074

考虑制导和控制之间固有的时间尺度差异,提出基于预测控制设计制导控制一体化策略,通过对动态调节过程的合理预测,更加真实的反应控制量对系统状态的影响。利用连续时间非线性预测控制,以输出跟踪误差和控制能量的组合为性能指标,在线... 详细信息

考虑制导和控制之间固有的时间尺度差异,提出基于预测控制设计制导控制一体化策略,通过对动态调节过程的合理预测,更加真实的反应控制量对系统状态的影响。利用连续时间非线性预测控制,以输出跟踪误差和控制能量的组合为性能指标,在线滚动优化得到控制指令,分析了控制律的参数选取,最后通过数值仿真验证了制导控制一体化策略的有效性。

关键词：制导控制一体化俯仰通道预测控制角度约束