[发明专利]配置多类执行机构的航天运载器姿态控制建模方法及装置

说明书

本申请提供了一种配置多类执行机构的航天运载器姿态控制建模方法及装置，其包括：将飞控软件输出的等效指令分配给各类执行机构，以作为各类执行机构的输入；通过扫频试验获得各类执行机构的实测动态特性；通过姿态动力学建模得到第i类执行机构到其引起的姿态响应的传递函数，获得在各频率点的幅频特性和相频特性；计算得到第i类执行机构从等效指令到该类执行机构引起的姿态角响应的传递特性；建立从等效指令到总姿态角的等效姿态频域模型，其中，总姿态角为各类执行机构引起的姿态角的和。本申请能够有效提高建模精度，增强姿态控制参数的适应能力；有利于利用现有姿态控制参数设计方法和行业设计规范，提高设计的可靠性。

技术领域

本申请属于航天运载器控制技术领域，具体涉及一种配置多类执行机构的航天运载器姿态控制建模方法及装置。

背景技术

航天运载器姿态控制系统的主要功能是克服各种干扰，确保航天运载器在飞行过程中飞行稳定，并对姿态指令进行精确跟踪，从而实现飞行轨迹控制。为实现姿态的稳定与轨迹控制，通常通过摇摆发动机改变推力方向、摆动空气舵或栅格舵改变气动力方向、开关姿控发动机提供控制力等方式来提供绕航天运载器质心的控制力矩。随着航天技术的发展，为提供足够的控制能力，航天运载器在上升段和回收段需要配置芯级和助推级发动机摇摆、空气舵、栅格舵等多类执行机构。设计航天运载器姿态控制系统需要对各类执行机构的动态特性及姿态控制效率进行建模，开展稳定性分析与综合，进而进行姿态参数设计。

已有的建模与设计方法主要有两类：一类是采用传递函数对各类执行机构进行数学建模后进行综合；另一类是对各类执行机构的特性进行分析后选择动态特性最差（如低频幅值衰减最大、高频谐振峰值最高、低频相位滞后最大）的一种作为所有执行机构的特性进行稳定性分析与综合，进而设计姿态控制参数。上述两类建模方法都存在不足，前者假设各类执行机构均为线性系统且可以采用精确的数学模型进行描述，但实际上各类执行机构难免存在较严重的非线性特征，简化为线性模型容易导致较大的误差；而后者的设计过于保守。

发明内容

为至少在一定程度上克服相关技术中存在的问题，本申请提供了一种配置多类执行机构的航天运载器姿态控制建模方法及装置。

根据本申请实施例的第一方面，本申请提供了一种配置多类执行机构的航天运载器姿态控制建模方法，其包括以下步骤：

将飞控软件输出的等效指令分配给各类执行机构，以作为各类执行机构的输入；

通过扫频试验获得各类执行机构的实测动态特性；

通过姿态动力学建模得到第i类执行机构从其输出到其引起的姿态响应的传递函数，获得各频率点的幅频特性和相频特性；

计算得到第i类执行机构从等效指令到该类执行机构引起的姿态角的幅频特性和相频特性；

建立从等效指令到总姿态角的等效姿态频域模型，其中，总姿态角为各类执行机构引起的姿态角的和。

上述配置多类执行机构的航天运载器姿态控制建模方法中，所述将飞控软件输出的等效指令分配给各类执行机构的具体过程为：

为各类执行机构设置指令系数，其中，表示第类执行机构的指令系数；

根据飞控软件输出的等效指令以及为各类执行机构设置的指令系数，确定各类执行机构的输入；

各类执行机构的输入为：

。

式中，表示分配给第i类执行机构的输入。

进一步地，所述为各类执行机构设置指令系数的过程中，选择控制效率最高的执行机构并将其作为第1类执行机构，其指令系数为，则其他类执行机构的指令系数为：