近空间飞行器再入段复合控制系统设计研究

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1、第27卷第10期计算机仿真2010年10月文章编号：1006—9348(2010)10—0071—04近空间飞行器再入段复合控制系统设计研究何光宇，周军，呼卫军(西北工业大学精确制导与控制研究所，陕西西安710072)摘要：针对近空间飞行器再入时飞行窄域较大，为保证剧烈变化环境下的姿态控制能力，需采用脉冲推力器和气动舵进行复合控制。协调工作原理和特性不同的执行机构以满足系统性能指标。基于减小复合控制器构型影响考虑，采用前馈一反馈复合控制器，以气动舵孑系统构筑前馈回路，将复合模式下的控制系统设计问题转化为RCS子系统单回路设计，并通过对极限环特性分析给出纵向非线性控制律设计方法。仿真验证表明

2、了气动舵输出平缓、推力器满足最大工作频数限制、姿态误差小于0．5度。仿真结果证明，方法在处理含有异类执行机构的近空问飞行器复合控制律设计问题是有效的。关键词：近空间；再人；复合中图分类号：V249文献标识码：ADesignoftheCompoundControlSystemofReentryNear——spaceAirVehicle．HEGuang—yu，ZHOUJun，HUWei—jan(1nsituteofPrecisionGuidanceandControl，Xi’anShanxi710072，China)ABSTRACT：Near—spaceairvehiclereenterata

3、largerangeofairspace．Toensuretheabilityofcontrollingtheat—titudeoftheairvehicleintheseverechangingenvironment，compoundcontrolofpulseengineandpneumaticrudderareused．Itisurgenttocoordinatetheworkingprinciplewithdifferentcharacterizedactuatol吕,thussatisfyingtheperformanceindex．Consideringtheinfluence

4、causedbythecompoundcontroller'sstructure，feed—forwardandfeed—backcompoundcontrollerisadopted．andpneumaticruddersubsystemisappliedinthefeed—forwardcircuit．Thus。compoundcontrollerisconversedtothedesignofsinglecircuitofRCSsubsystem．Andthen，theverticalnonlinearcontrollawisdesignedwiththemethodofphasep

5、lane．Theresultsofthesimulationshowthatthepneumaticrudderworksatalowfrequency，thehmitationsetbythemaximumworkingfrequencyofRCSismetandtheinaccuracyoftheattitudeislessthan0．5degree．Conclusion：thismethodiseffectiveinthedesignofthecompoundcontrollawofthenear—-spaceairvehiclewithdifferentkindsofactuato

6、rs．KEYWORDS：Near—space；Reentry；Compound1引言再入飞行段是近窄间飞行器由外太空返回大气层的重要阶段，该阶段飞行环境剧烈变化，为保证剧烈变化环境下的控制能力，需采用气动舵和脉冲推力器进行复合控制。根据对执行机构的特性分析知道，气动舵面T作连续，而RCS系统的工作方式离散，如何协调两类-J二作原理和特性不同的执行机构以满足性能指标给控制系统设计带来难度。航天领域采用相平面方法设计非线性控制律虽已有成功经验，但对于再入飞行器所采用的复合控制模式下的控制系统设计收稿日期：2010—05—09修回日期：2010—06—03仍存在一定差异。本文采用前馈一反馈复合控

7、制器，以气动舵子系统构筑前馈凹路，将复合模式下的控制系统设计问题转化为RCS子系统单【堕l路没计，并通过对纵向极限环定性定鼍分析给出非线性控制律设计方法。经仿真验证：气动舵输出平缓、推力器满足最大工作频数限制、姿态误差满足精度要求，进而得到结论：该方法在处理含有异类执行机构的近空间飞行器复合控制律设计问题是行之有效的。一71—2再入飞行器模型吐飞cos卿+州n唧+赢Zsin而u一(訾一号c一)咖cosgp”咖+∞“一纽m