航天器再入返回控制第13講to12級

1.

航天飛機的發(fā)系統(tǒng)三臺主發(fā)

，兩臺軌道機動發(fā)RCS:Reaction

Control

System

反作用控制系統(tǒng)2.

仿真對象HSV的RCS建模RCS主要用于再入姿態(tài)控制，也可輔助軌道機動發(fā)完成軌道控制任務，它為飛行器提供三軸姿態(tài)控制和軌道控制所需的控制力和控制力矩。參考航天飛機來設計HSV的RCS，前RCS由14個主推進器和4個游標推進器組成；后RCS由后部左右兩側兩套RCS組成，每套后RCS包含有12個主推進器和2個游標推進器。表1

RCS的性能指標RCS推力器布局及其羽流方向：尾部XTraybXTrXTrzbxbTrfX頭部表2

實現(xiàn)軸向與姿態(tài)控制的推力器組合6軸向控制表2

實現(xiàn)軸向與姿態(tài)控制的推力器組合（續(xù)）7姿態(tài)控制RCS中的反作用發(fā)

推力器理論上可以采用變推力推進器或者開關型推進器，但是變推力推進器的研制和應用目前還存在一定

，在工程中還處于研究和試驗階段，而且當要求推進器產(chǎn)生很小的推力，即很小的噴氣量時，容易造成噴口的污染，影響閥門的氣密性，加重泄漏問題。因此，當前工程中使用的推進器屬于開關型的，控制量可近似為常值開關型的量。2015/12/198總推力在三 軸方向上的分力分別用Trx

,Try,Trz

表示，此處軸向控制力不產(chǎn)生附加力矩。由表2可得控制力表達式為：Try

σry

ury

,Trx

σrx

urx

,

Trz

σrz

urzrxrx1

rx1

rx2

rx2

rx3

rx4σT

,

,

,

,

,

rxL1A

R1A

L2

A R2

A

F1F F

2Fu

T

,T

,T

,T

,

T

,

T其中：σ

ry

ry1

,

ry1

,

ry

2

,

ry

2

,

ry

3

,

ry

3

,

ry

4

,

ry

4

,

ry

5

,

ry

5

,

ry

6

,

ry

6

Tu

T,T

,T

,T

,T

,T

,

T

,

T

,

T

,

T

,

T

,

Try V

2

V

3

F1L

L1L

F

3L

L

2

L V

6

V

7

F

2

R

R1R

F

4

R

R

2

Rσrz

rz1,

rz1,

rz1,

rz1,

rz

2

,

rz

2

,

rz

2

,

rz

2

,

rz3

,

rz3

,

rz3

,

rz3

,

rz

4

,

rz

4

,

rz

4

,

rz

4

,rz5

,rz5

,rz5

,rz5urz

TF1U

,TF

2U

,TL1U

,TR1U

,TF

3U

,TF

4U

,TL2U

,TR2U

,

TV1,

TV5

,

TV4

,

TV8

,

TF1D

,

TF2D

,9T,

T

,

T

,

T

,

TTL1D,

TR1D

F3D

F4D

L2D

R2DrXX

取值為0或者1，表示相應發(fā)的開或者關；T

表示相應發(fā)推力大小，下標X

或XX

表示對應的。通過組合編排，相對應發(fā)

的開關也可以只產(chǎn)生力矩而不在三

軸方向上引起附加力(見表2(續(xù)))。因此，軸向運動和繞軸運動解耦。由表2(續(xù))可得各控制力矩的表達式為：2015/12/1910?；lTr

σrl

url

XTra

,mTr

σrmurm

XTr

,nTr

σrn

urn

XTr滾轉力矩右滾為正，俯仰力矩抬頭為正，偏航力矩右偏為正。其中，σrl

rl1,

rl1,

rl

2

,

rl

2

,

rl

3

,

rl

3

,

rl

4

,

rl

4

,

rl

5

,

rl

5

,

rl

6

,

rl

6Trl

L1U,

TR1D

,

TL2U

,

TR

2

D

,

TL3U

,

TR3D

,TL1D

,TR1U

,TL

2

D

,TR

2U

,TL3D

,TR3Uu

Tσrm

rm1,

rm1,

rm1,

rm1,

rm2

,

rm2

,

rm2

,

rm2

,

rm3

,

rm3

,

rm3

,

rm3

,

rm4

,

rm4

,

rm4

,

rm4

urm

TF1U

,

TF

2U

,

TL1D

,

TR1D

,

TF3U

,

TF

4U

,

TL2

D

,

TR2D

,TF1D

,TF

2

D

,TL1U

,TT

,T

,T

,T

,TR1U F

3D F

4

D

L2U R

2Uσrn

rn1,

rn1,

rn2

,

rn

2

,

rn3

,

rn3

,

rn

4

,

rn4

urn

TL1L

,

TF

2

R

,

TL

2

L

,

TF

4

R

,

TR1R

,

TF

1L

,

TR

2

R

,

TF3

L

T速度矢量狀態(tài)方程21

·V

m

(D

PXA

)

g

sin

E

r

cos

(sin

cos

cos

sin

cos

)1ZA

EV

2mr

2

r

cos

cossin

cos(C

P

)

sin

mcos

sinV·

(L

P

)

cos

YA

g

cos

cos

2

V

cos

sin

1EZAV

2mm

r(C

PY

)

coscos2

sin

tan

V

cos

·

(L

P

)

sin

A

2

V

(sin

cos

cos

sin

cos

)

2

r

sin

cos

sin

E

E--

-X

A

Trx

AAP

PX

iA

PY

jA

PZ

kAYA

T

TP

PAB

ry

T

P

rz

B

P

-

A

cosα

cos

βZ

A

Asin

α

cos

β

cos

αsin

βcos

β

sin

α

sin

β

0TAB

cosα

sin

β

sin

αE[·

cos

·sin

sin

(·

)(cos

cos

sin

sin

cos

)]

·氣流姿態(tài)角狀態(tài)方程·

q

(

p

cos

r

sin

)

tan

sin

cos

E

cos

cos

[·

cos

(·

E

)

cos

sin

]·

p

sin

r

cos

sin

[·

·cos

(·

)

cos

sin

]

cos

·

cos

·sin

sin

·

cos

cos

sin

sin

cos

]EE·

p

cos

cos

q

sin

r

sin

cos

·

sin

·sin

·sin

cos

(·

)(cos

cos

cos

sin

sin

)角速率狀態(tài)方程

p·

(I

I

)

q

r

I

(l

AB

lTr

)

Iy

z

x

xq·

(Iz

Ix

)

p

r I

y

mAB

mTr

I

y·r

(I

x

I

y

)

p

q I

z

nAB

nTr

IzlAB

,mAB

,nAB

是總空氣動力產(chǎn)生的力矩，機體坐標系表達。lTr

,mTr

,nTr

是RCS推力產(chǎn)生的力矩，在機體坐標系表達。13第5章RCS建模與再入控制RCS的建模.RCS作用下的再入控制5.2HSV再入飛行仿真x模型如設輸y=x出模型輸入u再入航跡角控制器設計··1c

s

g

fs

Ks

(

-

c

)總結：?

fs

(?)

gs

(?)

f

f

()

g

f

()

MC

,y

CCf

,

CfM

g1M

g1

fff

c

K

(

)

P

)UTA

f（,）1UT

c

和

cP·

=fTA(P)

gTA(P)

UTA?·

fs

(?)

gs

(?)

c

0c·

f

f

()

gf

()gf,

cy

Pc1s

gs

f

Ks

(

-

c

)CCf

,

CfMM

g

1

g

1ff

c

f

K

(

)

5.2

RCS作用下的再入控制例：X-385.2

RCS作用下的再入控制例：X-38的RCS與氣動舵面的控制分配2015/12/19185.2

RCS作用下的再入控制Mthrust

(479

q?)

383

McmdMaero

1

(479

q?) 383

Mcmd最大到Mcmd最大到Mcmd其中Mthrust

為RCS指令力矩，Maero

為氣動舵面指令力矩，Mcmd為總的指令力矩，q?為飛行器動壓。5.2

RCS作用下的再入控制例：p.

f

y.

f

f

g

f

C

(Iy

Iz

)

q

r

Ix

laero

Ix

lC

Ix·MC

[lC

,

mC

,

nC

]TTf

f

(x)

[

f

p

,

fq

,

fr

]q.

(Iz

Ix

)

p

r

Iymaero

Iy

mC

Iyr

(I

I

)

p

q

I

n

I

n

Ix

y

z

aero

z

C

zlC

l

lTr

,

mC

m

mTr

,

nC

n

nTr

,f1Ix

0

0

1

I

y0

00 1

Iz

g

(x)

0fcC

fM

g1

f

+K

(TMaero

1(479

q?)

383MC若按以下分配規(guī)則：Mthrust

(479

q?)第5章RCS建模與再入控制RCS的建模.RCS作用下的再入控制5.2.再入過程中的干擾源阻力:D

CD

q?SL側力：C

CC

q?S

或Y

表示升力：

L

C

q?S5.3

再入過程中的干擾源再入氣動參數(shù)的不確定性①②③④⑤⑥基本阻力系數(shù)23②基本阻力系數(shù)CDbv·

fs

gs1確導致控制器設計的時候計算出的氣動參數(shù)的函數(shù)擬合控制律

確：c1

gs動態(tài)逆控制算法

fs

+K

s

(c

)姿態(tài)慢回路

ys

·

f

f

g

f

1

c

f

y

fcC1f

f

+K

(M

g

)姿態(tài)快回路s

f

[

f

,

f

,

f

]TmV

cosf

1

q?SCL,

mgcos

cos

1Y

,f

q?SC

mg

cos

sin

mVmVmVtan

q?SCL,a

sin

q?SCY

,

cosq?SCL,a

mg

cos

cosf

tan

ys

·

f