运载火箭自适应增广抗扰控制研究

发布时间：2024-03-22 22:58

　　运载火箭是人类进行太空探索的必要运输工具之一,新型运载火箭的发展,离不开先进可靠的控制系统。本文面向新一代运载火箭控制系统设计需求开展研究,在传统火箭控制系统的基础上,充分借鉴其设计经验及分析方法,综合利用现代控制理论进行增广控制模块的设计,从而提高火箭控制系统面对干扰、参数偏差及弹性振动变化等复杂飞行环境的适应能力。本文首先调研了国内外先进运载火箭及火箭先进控制方法的发展现状,重点对NASA太空发射系统中自适应增广控制方法进行了调研、分析与总结。随后对火箭的质心运动、绕质心转动及弹性振动进行了建模及分析,建立了刚弹耦合的非线性动力学模型,及由二阶微分方程描述的俯仰/偏航/滚转通道弹性振动模型,并利用小扰动线性化方法,建立了控制模型。随后本文基于传统频率域设计方法,结合幅值裕度及相位裕度约束,设计了PD控制器与校正网络,以满足基本控制需求。在此基础上,为进一步提高火箭控制系统在面对参数偏差及弹性振动频率偏差下的控制能力,本文设计了自适应增益调整模块,给出了该模块中参考模型、频率管理子模块及自适应律的作用机理及设计原则,并在典型工况下进行了充分的仿真分析。为进一步提高火箭在参数偏差或控制...

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【学位级别】：硕士

【部分图文】：

图1-2大力神号运载火箭商业化发射的需求，由埃隆马斯克成立的

哈尔滨工业大学工学硕士学位论文-2-不断延伸，先进运载火箭亦处于蓬勃发展的阶段。下面首先介绍国内外几类典型先进运载火箭的研究与发展现状。1.2.1.1美国美国对太空的探索发展起步早，运载火箭技术较为成熟，在火箭发射频率、火箭规模及运载能力上均处于领先，拥有雷神（Raytheon）....

图1-3Falcon9运载火箭（左图

哈尔滨工业大学工学硕士学位论文-3-图1-3Falcon9运载火箭（左图为发射，右图为助推器回收）FalconHeavy火箭为现役推力最大的运载火箭，其采用三枚一级火箭，27台发动机并联的推力方案，大大提高了运载能力，火箭的部分公开参数如下。表1-2FalconHeavy火箭部分....

图1-4重型猎鹰运载火箭

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图1-5质子号运载火箭为进一步拓宽太空探索的道路，俄

哈尔滨工业大学工学硕士学位论文-4-启N-1火箭研究，但由于时间紧张、资金短缺等问题，火箭存在致命缺陷，以失败告终。俄罗斯在前苏联的工业基础上，先后研发了包括质子号（Протон）、联盟号（Soyuz）、宇宙号（Космос）系列等主力运载火箭。图1-5质子号运载火箭图1-6联盟....

本文编号：3935075