[发明专利]一种适用于再入飞行器姿态控制的闭环仿真系统

摘要

本发明公开了一种再入飞行器姿态控制的闭环仿真系统，该系统包括有对再入飞行器的气动外形进行建模的子系统（100）、构建姿态控制模型的子系统（200）和飞行器表征模型的子系统（300）。通过构建姿态控制模型子系统（200）实现仿真环境的参数设置、仿真关系解析，从而得到不同任务下的仿真结果演示。本发明的适用于再入飞行器姿态控制的闭环仿真系统，通过输入输出量与姿态不同状态的表征，能够拾取出设计阶段的控制律设计缺陷，能够验证在不确定因素和外界干扰下的控制策略的安全性，以及飞行器的控制能力，分析飞行器的控制特性，并为总体设计提供优化参数。

主权项

一种适用于再入飞行器姿态控制的闭环仿真系统，该系统包括有对再入飞行器的气动外形进行建模的子系统（100）、构建姿态控制律模型的子系统（200）和飞行器表征模型的子系统（300）；其特征在于：所述构建姿态控制器模型子系统（200）包括有大气环境模型单元（201）、姿态指令生成单元（202）、飞行器气动估算单元（203）、慢回路控制律单元（204）、快回路控制律单元（205）、复合控制分配单元（206）、气动舵面控制分配单元（207）、RCS控制分配单元（208）、飞行器气动数据库（209）和控制融合单元（210）； 所述再入飞行器姿态控制的闭环仿真系统进行的仿真流程为： （A）仿真系统初始化；全局变量为N＝0，设置仿真步长h，再入初始时刻t0＝0，初始姿态状态y0＝[τ0 λ0 H0 V0 χ0 γ0 α0 β0 μ0 p0 q0 r0]T；且飞行器的所有舵面偏转角度为零（δe,δa,δg,δf），RCS（16个推力器状态指令为0）不工作；初始化飞行器模型单元301的十二个状态，初始化RCS控制分配单元208的RCS控制分配为零；初始化气动舵面控制分配单元207的气动舵控制分配为零；初始化控制融合单元210的气动舵面偏转为零；将飞行器模型单元301的初始化十二个状态信息输入大气模型单元201，姿态指令单元202，气动估计单元203，慢回路控制律单元204，快回路控制律单元205，复合控制分配单元206，气动舵面控制分配单元207，气动数据库单元209； （B）根据来自飞行器模型单元301的高度信息输入大气环境模型单元201中；大气环境模型单元201将的输出信息输入给姿态指令单元202，气动估计单元203，复合控制分配单元206，气动舵面控制分配单元207，气动数据库单元209，控制融合单元210； （C）气动数据库单元209根据当前的输入的大气环境模型单元201的大气环境信息、飞行器模型单元301姿态信息和控制融合单元210舵偏偏转信息计算输出气动数据信息给控制融合单元210； （D）气动估计单元203根据当前的输入的大气环境模型单元201的大气环境信息、飞行器模型单元301姿态信息和控制融合单元210舵面偏转信息将计算输出气动力信息给慢回路控制律单元204和气动力矩系数估计给气动舵面控制分配单元207和控制融合单元210； （E）姿态指令单元202根据输入的大气模型单元201信息和飞行器模型单元301信息计算输出给慢回路控制律单元204； （F）慢回路控制律单元204根据输入的姿态指令单元202信息、气动估计单元203信息和飞行器模型单元301信息计算输出给快回路控制律单元205； （G）快回路控制律单元205根据输入的慢回路控制律单元204信息和飞行器模型单元301信息计算输出给复合控制分配单元206； （H）复合控制分配单元206根据输入的大气模型单元201信息、快回路控制律单元205信息和飞行器模型单元301信息计算输出给气动舵面控制分配单元207和RCS控制分配单元208； （I）气动舵面控制分配单元207根据输入的大气模型单元201信息、飞行器模型单元301部分信息和控制融合单元210舵面偏转信息、综合来自复合控制分配单元206的气动力矩指令信息和气动估计单元203的气动力矩系数估计信息计算输出给控制融合单元210； （J）RCS控制分配单元208根据输入的复合控制分配单元206信息和控制融合单元210部分信息计算输出给控制融合单元210； （K）控制融合单元210根据输入的大气模型单元201信息、气动估计单元203气动力矩估 计信息、飞行器模型单元301部分信息和气动舵面控制分配单元207、RCS控制分配单元208信息，气动数据库单元209信息计算输出信息给飞行器模型单元301；并将真实的舵面偏转信息输出给气动估计单元203、气动舵面控制分配单元207和气动数据库单元209，将RCS控制补偿力矩信息传给RCS控制分配单元208； （L）飞行器模型单元301根据输入的控制融合单元210信息更新飞行状态，并输出高度信息给大气模型单元201，输出速度状态信息给姿态指令单元202和复合控制分配单元206，输出姿态角信息给慢回路控制律单元204和快回路控制律单元205，输出部分信息给气动估计单元203，气动舵面控制分配单元207和气动数据库单元209；输出高度和速度信息给仿真是否结束单元302； （M）根据输入的来自仿真是否结束单元302的高度和速度信息判断仿真是否结束。若仿真结束，显示仿真结果，并结束系统仿真；若仿真未结束，则转入步骤（B）中重复进行仿真，直至达到仿真结束条件。