亚轨道飞行器进场着陆段控制方法研究

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1、第27卷第3期计算机仿真2010年3月文章编号：1006—9348(2010)03—0035—04亚轨道飞行器进场着陆段控制方法研究王文星。唐硕(西北工业大学航天学院。陕西西安710072)摘要：研究轨道系统在常用的飞行控制方法的基础上，进一步分析了哑轨道飞行器着陆段飞行的特点，为实现精确着陆，将进场着陆段分为纵向和侧向两个相互独立的运动来分别予以分析，并以内外回路的设计方法给出相应的控制规律，以x一34为模型，制定相应的控制策略，保证着陆时飞行器精确跟踪轨迹线。仿真结果证实方法可以对驱轨道飞行器迸场着陆段进行有效的跟踪控制。大量仿真试验表明控制规律对于进场着陆是切实可行的。关键词：亚轨

2、道飞行器；进场着陆段；内外回路控制；风干扰；大气紊流中图分类号：V448．22文献标识码：BStudyonAuto——landingControlMethodforSuborbitalLaunchVehicleWANGWen—xing．TANGShuo(CollegeofAstronautics，NorthwesternPolytechnicalUniversity，Xi’粕Shanxi710072，China)ABSTRACT：Theauto—landingphasecharacteristics,ofSuborbitalReusableLaunchVehicle(SRLV)alean

3、alyzedinthispaperbasedontheconventionalflightvehiclemethod．Duringtheresearchofauto—landing，themotionofSRLVisconsideredindependentlyontheverticalandhorizontaldirection．Thecontrollawisalsoplannedinthewayofinner／outerloop．WiththereferencedmodelX一34，thecontrolstrategyisdesignedtoassurethattheSRLVcant

4、racktheplannedtrajectory．ConclusionisthatthismethodisfeasibleanditiseffectiveforSRLV’Strackingcontrolduringitsauto—landing．KEYWORDS：SRLV；Auto—landing；Inner／outerloop；Winddisturb；Atmosphericturbulencel引言亚轨道飞行器返场着陆的最后阶段是进场着陆段，进场着陆段一般指从高度约3km的着陆分界面开始减速下滑，直到停止的滑行跑道的全部过程。由于在该段飞行器作无动力飞行，只能通过减速板和舵面进行操纵，

5、要实现在预定跑道上精确着陆，对控制系统的设计要求较高。由于飞行器进场着陆过程中其动态特性变化不大，几个欧拉角的变化都在正负5度之内，故本文采用小扰动原理对亚轨道飞行器六自由度微分方程进行线性化和分组，将亚轨道进场着陆段分为纵向运动和侧向运动来分别进行讨论。在纵向运动中，采用内外回路控制，内回路采用俯仰角反馈控制，外回路采用高度反馈控制。在侧向控制中，也采用内外回路的结构，内回路为滚转角控制，外回路为航迹控制。着陆时对侧向偏差的控制要求较高，本文采用偏差和偏差速率的控制方式实现对侧向偏差的控制。大量仿真试验表明，该方法可以对亚轨道飞行器进场着陆段能够进行良好控制。收稿13期：2009—01

6、—162纵向控制策略2．1纵向运动分析所谓纵向运动是指飞行器在对称平面里的运动，这种运动在飞行器在一定条件下的飞行中是实际存在的。通过对纵向运动的特征根、阻尼和自然频率的分析，可以将纵向运动可以分为长周期和短周期两个运动模态⋯，短周期运动模态周期短，衰减快，长周期运动模态周期长，衰减慢。在外界扰动作用下，各运动参数随时问变化的规律正是这两种运动模态的叠加。在施加扰动的前几秒里，主要是以迎角a和滚转交速度∞：为代表的短周期运动决定飞行特性，飞行器速度基本不变，短周期运动在几秒钟内稳定下来后，是以速度y和弹道倾角0为代表的长周期运动对飞行器起作用，飞行迎角基本不变。把飞行器扰动运动分成这样两

7、个阶段，可以简化飞行器运动特性的分析，分别针对长短周期设计其反馈系数。2．2纵向运动动力学方程i，=一詈-gs瑚m一匆=矾1iL—geosO)一35—厶，=等叠=伽s口lil=厕n口杏=吐其中，D为阻力，￡为升力，0为轨迹倾角，秽为俯仰角，丝为俯仰力矩，∞：为俯仰角速度。2．3纵向控制——内外回路控制2．3．1内回路——俯仰角控制控制姿态角采用负反馈，假定要求飞行器以偏离基准状态仇的俯仰角运动，而实际上飞行器的俯仰角增量是毋，那么就