可重复使用运载器复合控制研究

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ＫＥＹＷＯＲＤＳ：Ｒｅｕｓａｂｌｅｌａｕｎｃｈｖｅｈｉｃｌｅ；Ｈｙｂｉｒｄｃｏｎｔｒｏｌ（ＲＬＶ）；Ｒｅ —ｅｎｔｒｙ；Ｒｅａｃｔｉｏｎｃｏｎｔｒｏｌｓｙｓｔｅｍ（ＲＣＳ）
ｓｐｅｃｉｆｙａｅｒｏｓｕｆｒａｃｅｄｅｌｆｅｃｔｉｏｎｓａｎｄｊｅｔｉｆｉｒｎｇｓａｃｃｏｒｄｉｎｇｔｏｄｙｎａｍｉｃｐｒｅｓｓｕｒｅａｎｄｔｈｅａｎｇｌｅｏｆａｔｔａｃｋ．ＲＣＳａｎｄａｅｒｏ
第３０卷第１０期
文章编号：１００６— ９３４８（２０１３）１０— ００７６— ０５
计
算
机
仿
真
２０１３年１０月
可重复使用运载器复合控制研究
刘超逸，唐硕，许志
（西北工业大学航天学院，陕西西安７１００７２）摘要：可重复使用运载器再人过程中飞行范围广，参数变化剧烈，具有不确定性问题，所以需要同时使用ＲＣＳ和气动舵面对飞行器进行姿态控制。针对ＲＬＶ再入和不同执行机构的特点，首先把ＲＣＳ和气动舵两套执行机构简化一套控制系统，提高自动驾驶仪设计效率，之后提出了一种根据动压和攻角进行控制指令分配的方法，通过动压和攻角得到气动舵面的控制效
率，从而完成气动舵和ＲＣＳ之间控制指令分配，完成ＲＣＳ到气动舵的控制过渡。最后在Ｍａｔｌａｂ环境下建立了运载器俯仰
通道仿真模型，通过仿真结果验证了此复合控制方法的可行性，实现了攻角指令的精确跟踪。关键词：重复使用运载器；复合控制；再入；反作用控制系统中图分类号：Ｖ２１２．１文献标识码：Ｂ
低，空气密度逐渐增加，气动力将对飞行器产生重要影响。
再入初期阶段，ＲＣＳ会在控制中起到主导作用，当空气密度增加，气动舵的控制能力逐渐增强，气动舵逐渐放开权限，两者一起对飞行器进行控制，逐渐过渡直至ＲＣＳ退出控制。由ＲＣＳ和气动舵面的原理可知，一套是离散控制机构，另一套是连续控制机构，如何对这个混合的控制系统进行设计是需要解决的问题。
ＡＢＳＴＲＡＣＴ：ｅｒｉｓｔｉｃｓｏｆａｅｒｏｓｕｒｆａｃｅａｎｄＲＣＳ，ａｈｙｂｒｉｄｃｏｎｔｒｏｌａｌｌｏｃａｔｉｏｎｍｅｔｈｏｄｗａｓｐｒｅｓｅｎｔｅｄｔｏ
ｃｏｎｔｒｏｌｌｅｒｈａｓｈｉｇｈｔｒａｃｋｉｎｇｐｅｆｏｒｒｍａｎｃｅａｎｄｃａｎｍｅｅｔｔｈｅｃｏｎｔｒｏｌｌｅｒｒｅｑｕｉｒｅｍｅｎｔｓ．
献［１］采用前馈一反馈复合控制器，以气动舵为前馈回路，把
１引言
可重复使用运载器（ＲＬＶ）再人飞行具有飞行范围广、飞行特性变化剧烈和操纵复杂等特点，它是现阶段航天技术领域的一个巨大挑战。当飞行器由轨道返地球后，高度逐渐降
复合控制问题转化为ＲＣＳ控制系统的单回路设计；文献［２］提出了一种基于自适应滑模和模糊逻辑的控制方案，分别利用自适应滑模和模糊逻辑对气动舵和ＲＣＳ子系统进行设计；文献［３］利用模糊ＰＩＤ设计方法通过分别为两套子系统设计
ｃｏｎｔｒｏｌｓｕｉｆａｃｅｗｅｒｅｓｉｍｐｌｉｉｆｅｄｔｏｏｎｅｋｉｎｄｏｆｃｏｎｔｒｏｌｓｙｓｔｅｍ，ｗｈｉｃｈｉｍｐｒｏｖｅｓｅｎｇｉｎｅｅｒ ’ Ｓｅｆｆｉｃｉｅｎｃｙ．ＴｈｅｓｉｍｕｌａｔｉｏｎｍｏｄｅｌｏｆｔｈｅｐｉｔｃｈｃｈａｎｎｅｌｏｆＲＬＶｗａｓｅｓｔａｂｌｉｓｈｅｄｗｉｔｈＭａｔｌａｂ／Ｓｉｍｕｌｉｋ．Ｔｈｅｓｉｍｕｌａｔｉｏｎｒｅｓｕｌｔｓｓｈｏｗｔｈａｔｔｈｉｓｈｙｂｒｉｄ
ＲｅｓｅａｒｃｈｏｎＨｙｂｒｉｄＣｏｎｔｒｏｌｆｏｒＲｅｕｓａｂｌｅＬａｕｎｃｈＶｅｈｉｃｌｅ
ＬＩＵＣｈａｏ—ｖｉ，ＴＡＮＧＳｈｕｏ。ＸＵＺｈｉ
（ＣｏｌｌｅｇｅｏｆＡｓｔｒｏｎａｕｔｉｃｓ，ＮｏｒｔｈｗｅｓｔｅｒｎＰｏｌｙｔｅｃｈｎｉｃａｌＵｎｉｖｅｒｓｉｔｙ，Ｘｉ ’ ａｎＳｈａｎｘｉ７１００７２，Ｃｈｉｎａ）