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《氣動(dòng)舵面∕RCS復(fù)合控制系統(tǒng)構(gòu)型設(shè)計(jì)與仿真》由會(huì)員上傳分享，免費(fèi)在線閱讀，更多相關(guān)內(nèi)容在學(xué)術(shù)論文-天天文庫(kù)。
1、航空學(xué)報(bào)ActaAeronauticaetAstronauticaSinicaDec．252016V01．37No．S1S106．S111ISSN1000-6893ON11-1929／Vhttp：Hhkxb．buaa．edu．cnhkxb@buaa．edu．cn氣動(dòng)舵面／RCS復(fù)合控制系統(tǒng)構(gòu)型設(shè)計(jì)與仿真鹿存侃*，胡永太西安飛行自動(dòng)控制研究所飛控部，西安710068摘要：針對(duì)空天飛行器再入段異構(gòu)執(zhí)行機(jī)構(gòu)復(fù)合控制問(wèn)題，基于氣動(dòng)舵面和反作用推力器的特性，提出了適用于空天飛行器的3種氣動(dòng)舵面與反作用控制系統(tǒng)的復(fù)合控制構(gòu)型：指令型、力矩型、指令誤差型，以及相應(yīng)的控制律設(shè)計(jì)方法，在此基
2、礎(chǔ)上完成空天飛行器再入段的控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)。仿真結(jié)果表明，3種構(gòu)型的復(fù)合控制系統(tǒng)均能滿足指令跟蹤性能要求，其中指令型復(fù)合控制系統(tǒng)氣動(dòng)舵工作最為平穩(wěn)，推力器開(kāi)啟頻次最少。從工程應(yīng)用的角度出發(fā)，指令型復(fù)合控制系統(tǒng)的綜合性能最為理想。關(guān)鍵詞：空天飛行器；復(fù)合控制；控制分配；反作用控制系統(tǒng)；控制構(gòu)型中圖分類號(hào)：V249．1文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A文章編號(hào)：1000—6893(2016)s1一$106—06空天飛行器無(wú)動(dòng)力再人返回初期由于空氣稀薄且動(dòng)壓較低，須采用反作用力控制系統(tǒng)(Reac—tionControlSystem，RCS)來(lái)獲褥操縱力矩以補(bǔ)償氣動(dòng)舵面操縱失效或者部分失效引起的控制力矩不
3、足，從而實(shí)現(xiàn)姿態(tài)控制和軌跡跟蹤。隨著飛行高度降低、動(dòng)壓增加，氣動(dòng)舵面將逐步參與操縱直至RCS退出控制[1]。RCS采用質(zhì)量排出型推力器，利用噴流的反作用力產(chǎn)生控制力矩。RCS的工作原理決定了其力矩輸出具有離散性和非線性的特性。如何實(shí)現(xiàn)脈沖型RCS和連續(xù)型氣動(dòng)舵面兩種異構(gòu)執(zhí)行機(jī)構(gòu)協(xié)同工作是空天飛行器控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)需要解決的關(guān)鍵問(wèn)題[2‘3]。針對(duì)異構(gòu)執(zhí)行機(jī)構(gòu)復(fù)合控制問(wèn)題，多采用控制器與控制分配獨(dú)立設(shè)計(jì)的思想，通過(guò)指令分配策略實(shí)現(xiàn)執(zhí)行機(jī)構(gòu)的組合形式以及控制權(quán)限的動(dòng)態(tài)變化[4。]。文獻(xiàn)[8]則設(shè)計(jì)了基于參考模型的模糊自適應(yīng)控制分配策略，使得復(fù)合執(zhí)行機(jī)構(gòu)等效動(dòng)態(tài)特性與參考模型一致。文
4、獻(xiàn)[9—10]基于線性規(guī)劃理論進(jìn)行控制力矩實(shí)施分配，但算法復(fù)雜，工程應(yīng)用難度較大。針對(duì)空天飛行器初期再人制導(dǎo)控制特點(diǎn)以及控制執(zhí)行機(jī)構(gòu)的特性，提出了3種氣動(dòng)舵面／RCS復(fù)合控制系統(tǒng)構(gòu)型，完成每種構(gòu)型控制器以及控制分配算法的設(shè)計(jì)，并通過(guò)仿真計(jì)算對(duì)不同控制系統(tǒng)構(gòu)型的控制能力和效果進(jìn)行了比較分析。1復(fù)合控制系統(tǒng)分析執(zhí)行機(jī)構(gòu)控制權(quán)限分配主要取決于復(fù)合控制系統(tǒng)構(gòu)型選擇以及分配邏輯設(shè)計(jì)。復(fù)合控制系統(tǒng)構(gòu)型確定了兩種執(zhí)行機(jī)構(gòu)控制權(quán)限分配的方式，按照分配量不同可將復(fù)合控制系統(tǒng)構(gòu)型分為3種形式：指令型、力矩型、指令誤差型。1．1指令型復(fù)合控制系統(tǒng)指令型復(fù)合控制系統(tǒng)的系統(tǒng)構(gòu)型如圖1所示，是一個(gè)前饋
5、——反饋控制方案。前饋回路利收稿日期：2016—04—12；退修日期：2016—04—20；錄用日期：2016～05—11；網(wǎng)絡(luò)出版時(shí)間：2016—06—1313：52網(wǎng)絡(luò)出版地址：WWW．cnki．net／kcms／detail／11．1929．V．20160613．1352．002．html*通訊作者．Tel．：029—88398294E—mail：diabloj99@qq．corn戤嗣搖武
6、鹿存倪．胡永太．氣動(dòng)舵面／Rcs復(fù)合控韻系統(tǒng)構(gòu)型設(shè)計(jì)s仿真【JI．航空學(xué)報(bào)·2016·37(SI)：S106-SIll．LUCK·HUYT．Designandsimulationo
7、fconfigurationsforaerodynamicsurfaces／RCSblendedcontrolsystem[J]．ActaAeronauticaetAstro-nau-ticaSinica，2016，37(SD：S106-S1¨．鹿存侃，等：氣動(dòng)舵面／RCS復(fù)合控制系統(tǒng)構(gòu)型設(shè)計(jì)與仿真用控制指令直接形成舵回路控制信號(hào)；反饋回路將誤差信號(hào)作為RCS系統(tǒng)指令信號(hào)，彌補(bǔ)前饋控制回路的產(chǎn)生的誤差‘11]。圖1指令型復(fù)合控制系統(tǒng)Fig．1Commandconfigurationblendedcontroller氣動(dòng)舵前饋控制系統(tǒng)部分是根據(jù)指令姿態(tài)角產(chǎn)生氣動(dòng)舵面偏角指令。
8、該指令經(jīng)過(guò)舵回路產(chǎn)生實(shí)際舵面偏角，進(jìn)而形成控制力矩使飛行姿態(tài)角偏轉(zhuǎn)。實(shí)際姿態(tài)角和指令姿態(tài)角之間的誤差產(chǎn)生RCS系統(tǒng)工作指令，由RCS系統(tǒng)產(chǎn)生控制力矩補(bǔ)償姿態(tài)角和指令值之間的偏差。隨著飛行高度的逐漸降低，空天飛行器氣動(dòng)舵的控制能力由弱到強(qiáng)，因此采用指令型復(fù)合控制系統(tǒng)，一方面具有較好的過(guò)渡性能，另一方面節(jié)省燃料。1．2力矩型復(fù)合控制系統(tǒng)力矩型復(fù)合控制系統(tǒng)的系統(tǒng)構(gòu)型如圖2所示，通過(guò)在控制器輸出環(huán)節(jié)上增加控制力矩分配模塊，實(shí)現(xiàn)兩類或兩類以上的執(zhí)行機(jī)構(gòu)共用同一個(gè)控制器，不改變控制器結(jié)構(gòu)。圖2力矩型復(fù)合控制系統(tǒng)Fig．2Mom
