中国空间科学技术
中國空間科學技術
중국공간과학기술
CHINESE SPACE SCIENCE AND TECHNOLOGY
2014年
5期
41-48,55
,共9页
王召辉%金磊%贾英宏%段佳佳
王召輝%金磊%賈英宏%段佳佳
왕소휘%금뢰%가영굉%단가가
变结构控制%矢量发动机%轨道转移%姿态控制
變結構控製%矢量髮動機%軌道轉移%姿態控製
변결구공제%시량발동궤%궤도전이%자태공제
Variable structure control%Gimbaled thruster%Orbital transfer%Attitude control
由于姿态与轨道运动的耦合,以及制导系统确定的发动机推力矢量方向不通过系统质心所引起的干扰力矩,火箭上面级轨道转移段的姿态运动会受到很大的干扰,为此,研究了利用轨控矢量发动机主动摇摆和滚转姿控发动机喷气的上面级姿态控制技术。首先,利用凯恩方程建立包括上面级本体、发动机旋转支架以及矢量发动机的系统多体动力学方程,推导了矢量发动机工作时偏心引起的干扰力矩和推力矢量控制中矢量发动机的摆角计算公式,利用矢量发动机主动摇摆和滚转姿控发动机喷气控制上面级的姿态。其次,基于变结构控制方法,设计了上面级轨道转移段的姿态控制律,使得上面级轨道转移期间姿态控制的精度达到了10-3级别,且矢量发动机推力矢量既为制导指令方向又通过系统质心,减小了矢量发动机对上面级的干扰力矩。最后,进行了数值仿真,仿真算例结果验证了控制律的可行性。
由于姿態與軌道運動的耦閤,以及製導繫統確定的髮動機推力矢量方嚮不通過繫統質心所引起的榦擾力矩,火箭上麵級軌道轉移段的姿態運動會受到很大的榦擾,為此,研究瞭利用軌控矢量髮動機主動搖襬和滾轉姿控髮動機噴氣的上麵級姿態控製技術。首先,利用凱恩方程建立包括上麵級本體、髮動機鏇轉支架以及矢量髮動機的繫統多體動力學方程,推導瞭矢量髮動機工作時偏心引起的榦擾力矩和推力矢量控製中矢量髮動機的襬角計算公式,利用矢量髮動機主動搖襬和滾轉姿控髮動機噴氣控製上麵級的姿態。其次,基于變結構控製方法,設計瞭上麵級軌道轉移段的姿態控製律,使得上麵級軌道轉移期間姿態控製的精度達到瞭10-3級彆,且矢量髮動機推力矢量既為製導指令方嚮又通過繫統質心,減小瞭矢量髮動機對上麵級的榦擾力矩。最後,進行瞭數值倣真,倣真算例結果驗證瞭控製律的可行性。
유우자태여궤도운동적우합,이급제도계통학정적발동궤추력시량방향불통과계통질심소인기적간우력구,화전상면급궤도전이단적자태운동회수도흔대적간우,위차,연구료이용궤공시량발동궤주동요파화곤전자공발동궤분기적상면급자태공제기술。수선,이용개은방정건립포괄상면급본체、발동궤선전지가이급시량발동궤적계통다체동역학방정,추도료시량발동궤공작시편심인기적간우력구화추력시량공제중시량발동궤적파각계산공식,이용시량발동궤주동요파화곤전자공발동궤분기공제상면급적자태。기차,기우변결구공제방법,설계료상면급궤도전이단적자태공제률,사득상면급궤도전이기간자태공제적정도체도료10-3급별,차시량발동궤추력시량기위제도지령방향우통과계통질심,감소료시량발동궤대상면급적간우력구。최후,진행료수치방진,방진산례결과험증료공제률적가행성。
A method which providing three-axis attitude control by the gimbaled thruster gimbal and yaw attitude control thruster was proposed. Firstly, the multi-body dynamics equations with the upper stage body, gimbaled thruster and gimbal support were built based on the Kane equation. The gimbaled thruster′s disturbance torque and gimbal angle formulas when the gimbaled thruster working were derived. Sceondly, the upper stage attitude control law was designed based on the variable structure control law, that not only achieved 10-3 atttiude control precision, but allowed the gimbaled thruster′s thrust direction achieve the direction determined by the guidance system as well as was via the mass center of upper stage.Finally,the validity of the proposed method was verified by numerical simulations.