航天概论课件第四章.ppt

航天概论 第四章 控制系统 4.1?? 概述 · 要求飞行器完成飞行任务，必须对它的运动实施影响。 · 飞行器的运动包括质心运动和绕质心的角运动。对两种运动的影响包括控制和稳定两方面的要求，控制是指按预定的目标改变状态，稳定是指保持原有的位置和姿态。 · 控制系统的任务就是对飞行器质心运动的轨迹和绕质心角运动的姿态实施控制和稳定。 4.2?? 运载火箭的控制系统 运载火箭控制系统的任务： · 控制火箭按预定的轨迹飞行，使有效载荷精确入轨； · 对火箭进行姿态控制，保证在各种干扰条件下稳定飞行； · 控制飞行过程各分系统工作状态变化和信息传递； · 发射前对火箭进行检查测试，对发射实施控制。 4.2.1 运载火箭控制系统的组成和功能 组成： 由制导系统、姿态控制系统、配电系统和测试发控系统等分系统组成。 功能： 制导系统——控制火箭的质心沿预定的弹道飞行，保证卫星、飞船等有效载荷准确入轨。 姿态控制系统——控制火箭绕质心的运动，并保证飞行姿态的稳定。 配电系统——控制仪器设备的供电，根据飞行程序发出时序指令控制各分系统工作状态变化的协调。 测试发控系统——检查控制系统和箭上其它电气部分的性能参数，对发射过程进行程序控制。 · 控制系统是一个复杂的综合系统，各分系统的任务虽然各有分工，但对火箭的控制是一个统一协调的整体 · 控制系统的箭上部分由测量仪表、中间装置、执行机构和电源、配电装置组成，包含了制导、姿态控制和配电系统三大部分。 测量仪表——测量火箭的运动参数，包括角加速度、线加速度和姿态角。 中间装置——根据测量仪表得到的运动参数进行计算和处理，发出指令控制执行机构工作。 执行机构——姿控系统的执行机构是舵机、摇摆发动机或姿控喷管；制导系统的执行元件是电磁阀门和电爆器件等。 · 控制系统的地面部分由测量和发控两部分组成,即测试发控系统。 · 测试发控系统是在运载火箭发射前进行飞行参数装定、并用以掌握箭上设备工作情况和参数的人-机对话的主要接口，最后控制火箭的发射。 · 控制系统的仪器设备种类繁多，使用的元器件数量也很大，而且工作环境恶劣，可靠性要求高。因此，对控制系统的设计和制造有很高的技术要求。 4.2.2 运载火箭的制导系统 任务：控制火箭沿预定弹道飞行的精度，使有效载荷精确地进入预定的轨道。 （1）?? 制导精度 · 制导精度是制导控制系统最主要的性能指标。 · 制导精度一般采用称为“圆公算偏差”的参数Cep来表示。它的含意最初是用来表示弹道导弹的命中精度的，即向一个目标发射多枚导弹，以目标为圆心，最接近目标的半数弹头击中区域的圆半径。 · 制导精度取决于纵向的射程控制精度和横向的偏离射面的控制精度。 ☆ 射程控制 ： · 弹道式导弹的射程取 决于主动段关机点的运动参 数，只要控制主动段终点导 弹的纵向位置、纵向速度V 和弹道倾角θ就能控制导弹的射程。 · 实际导弹的射程公式可表示为： 式中 tk —— 关机时刻； V —— 关机时刻速度； α—— 关机时刻位置。 公式中涉及7个变量Vx，Vy，Vz，X，Y，Z，t，它们是导弹实际飞行的速度和位置。 · 理论弹道的射程公式表示为 · 由于导弹在飞行过程中受到各种干扰的作用，实际射程和理论射程会产生偏差： · 射程控制的目标就是设法实现ΔL=0。 显式制导： · 在导弹飞行过程中不断测量、计算导弹的速度、位置，并实时求出射程偏差，不断发出指令修正。 · 这种制导过程计算量大，对计算精度要求也高，实际上很少这样做。 摄动制导 · 由于主动段都有固定的飞行程序，实际飞行轨道与理论弹道的偏差不会太大，一般只在关机点前适当时间开始进行计算就能满足要求。对计算机的要求可以大大降低。 ☆ 偏离轨道面的控制 ： · 轨道面是理论弹道所在的平面，在发射前由瞄准系统确定。 · 飞行过程中受到干扰偏离轨道面飞行时，制导系统通过惯性仪表测量得到横向的运动参数，经过计算发出指令，将导弹拉回轨道面。 · 横向导引是一个 闭环控制系统。