空间飞行器设计第7讲课件.ppt

1、控制系统功能：控制运载火箭的质心在设计的轨道平面内按预定的轨道飞行，并根据设计的飞行位移和飞行速度及时关闭发动机，保证运载火箭入轨精度；克服种种干扰影响，控制运载火箭绕质心运动的姿态角（俯仰、偏航、滚转）偏差在允许范围内，使火箭保持稳定飞行；控制系统功能(contd.)对箭上设备供、配电和对各种自动装置实施预定飞行时序的配电控制；传输和处理箭上其他系统的工作信息和控制其状态变化。地面测试发射控制系统的任务:n 检查测试飞行控制系统和其他电气设备的性能和参数；n 给运载火箭装订飞行程序和数据；n 进行精确方位瞄准；n 在运载火箭经检查测试合格、符合技术要求之后，实施发射点火控制。箭上飞行控制系统

2、则用来控制运载火箭的飞行状态。运载火箭在飞行中，其飞行状态可以分解为两种运动：一是火箭质心的运动，二是火箭绕质心的转动。飞行控制系统的任务飞行控制系统的任务就是控制火箭这两种就是控制火箭这两种运动状态符合设计所规定的要求。运动状态符合设计所规定的要求。图7.1 火箭控制系统结构框图7.2 制导系统 制导系统(guidance and control system)亦称导引和控制系统。运载火箭制导系统是导引和控制火箭按选定的规律调整飞行路线并导向预定轨道区的全部装置。制导系统主要任务主要任务是：控制飞行精度，使有效载荷精确入轨。火箭飞行中的主要干扰 外部干扰：外部干扰：由发动机特性、大气状态、飞

3、行程序、箭体结构等偏离设计计算条件所导致。内部干扰：内部干扰：由火箭内部的各仪表、陀螺平台、瞄准装置等的工艺制造和安装误差所引起。火箭的制导：利用导航参数按给定的制导律，用推力矢量控制火箭质心运动，达到期望的终端条件时准确关机，保证空间有效载荷精确进入轨道目标区。火箭制导系统组成与功用),(),(),(),(kkkkkkttatVLttatVLLkt0)(ktL标准值标准值),(),(),(),(kkkkkkttatVHttatVHH制导系统类型：1.惯性制导tNNNtEEEvdtavvdtav0000tEtNdtvRdtvR00sec001122NEvvv2.天文制导hZ 903.GPS制导

4、4.组合制导7.3 7.3 姿态控制系统姿态控制系统 运载火箭的姿态控制系统是自动稳定和控制火箭绕质心运动的整套装置。姿态控制系统主要任务主要任务是：操纵姿态运动、实现飞行程序、执行制导导引要求、克服干扰、保证姿态角稳定在一定范围内等。运载火箭绕质心运动可分解为绕三个惯性主轴的旋转运动，属于三维控制问题。火箭的三个惯性主轴分别是：俯仰轴、偏航轴、滚动轴。姿态控制系统有三个基本控制通道，分别对其进行控制和稳定。7.4 控制系统设备简介 运载火箭的控制系统主要由惯性仪表、中间装置和执行装置组成。惯性仪表惯性仪表：是控制系统的信息采集装置。中间装置：中间装置：是控制系统的信息处理装置，是系统的核心。

5、执行机构执行机构：是控制系统和其他系统连接的输出装置。运载火箭控制系统的执行机构大都采用伺服机构。伺服机构接受经综合后的横法向导引信号和姿态控制信号来摆动发动机，使其推力方向产生偏斜，利用推力的横向分力，产生一定的控制力和控制力矩，控制火箭的飞行状态。惯性仪表惯性仪表是火箭制导和姿态控制的重要设备，用以测量火箭在设定坐标系内的运动参数。主要包括：位置陀螺仪：用以测量姿态角。速率陀螺仪：用以测火箭姿态角的变化速率。加速度表：用以测量飞行器相对于惯性空间的线加速度，据坐标系又分为纵向表（测纵向OX1轴加速度）、法向表（OY1轴）和横向表（OZ1轴）。)(1029212.71.86164215sra

6、dee(Nicholas Copernicus,14731543)(a)(a)单度陀螺单度陀螺 (b)(b)双度陀螺双度陀螺 内环内环yzx内环内环外环外环yzxMHdtdzJHMJzMXyZyZXMHHJ ZXyHMHMyxMHzp转子轴陀螺的陀螺的进动性进动性指的是当陀螺旋转时，指的是当陀螺旋转时，在外力在外力矩作用下，转子的自转轴总是力图使其沿最矩作用下，转子的自转轴总是力图使其沿最短的路径趋向外力矩的作用方向。短的路径趋向外力矩的作用方向。中间装置中间装置 根据惯性仪表测量的加速度、姿态角、角速率等箭体运动参数，按照制导方程和姿态控制规律进行计算和综合，形成关机、发动机矢量控制、安全自毁等控制指令。主要中间装置有：变换放大器 计算装置 箭载计算机 等。执行机构执行机构 是控制系统的末级，一般需要较大的功率。主要执行机构有：控制舵机和摇摆发动机的伺服机构 控制姿控喷管启闭的电磁阀 发动机点火、关机动作 级间分离用的爆炸螺栓、电爆元件 等。