探空火箭以其發(fā)射靈活、低成本等優(yōu)勢廣泛應(yīng)用于氣象探測、微重力實驗、空間科學(xué)驗證等近地空間探測和科學(xué)實驗,越來越得到各航天大國的重視。本文針對無控探空火箭落點散布大、抗干擾能力不強、發(fā)射環(huán)境受限的問題,提出采用鴨舵系統(tǒng)實現(xiàn)探空火箭簡易控制,完成了鴨舵式探空火箭姿態(tài)控制系統(tǒng)仿真平臺的開發(fā)。在火箭研制階段輔助工作人員完成箭體設(shè)計和性能評估,在確�；鸺晒Πl(fā)射、降低發(fā)射成本、保護發(fā)射人員及周邊人員生命財產(chǎn)安全等方面有著重要意義。本文以姿態(tài)控制系統(tǒng)的基本結(jié)構(gòu)為框架,在對控制對象、舵執(zhí)行機構(gòu)和控制器進行深入分析的基礎(chǔ)上,結(jié)合計算機仿真技術(shù)完成了該仿真平臺的開發(fā),主要研究內(nèi)容如下:首先,針對鴨舵式探空火箭的力學(xué)環(huán)境進行分析,基于牛頓運動定理和動量矩定理推導(dǎo)了箭體姿態(tài)動力學(xué)模型。同時,考慮到模型復(fù)雜的非線性耦合現(xiàn)象,基于泰勒級數(shù)線性化理論和小擾動假設(shè)建立了小偏差姿態(tài)動力學(xué)模型,并完成了基準彈道參數(shù)的變步長迭代求解。其次,在明確鴨舵工作要求的基礎(chǔ)上,完成了舵執(zhí)行機構(gòu)的結(jié)構(gòu)設(shè)計。基于Adams軟件建立鴨舵執(zhí)行機構(gòu)的虛擬樣機模型,完成了鴨舵機構(gòu)動力學(xué)仿真分析,從仿真結(jié)果可以看出該機構(gòu)具有良好的動態(tài)特性,能夠... 

【文章頁數(shù)】：84 頁

【學(xué)位級別】：碩士

【文章目錄】：
摘要
Abstract
1 緒論
    1.1 課題來源及研究背景和意義
        1.1.1 課題的來源
        1.1.2 課題的研究背景和意義
    1.2 相關(guān)領(lǐng)域的研究現(xiàn)狀
        1.2.1 探空火箭的研究現(xiàn)狀
        1.2.2 探空火箭簡控系統(tǒng)研究現(xiàn)狀
        1.2.3 航天器仿真技術(shù)的國內(nèi)外研究現(xiàn)狀
    1.3 本文主要研究內(nèi)容
2 鴨舵式探空火箭動力學(xué)建模與仿真
    2.1 引言
    2.2 建模假設(shè)
    2.3 坐標系的定義
        2.3.1 基本坐標系
        2.3.2 坐標變換矩陣
    2.4 探空火箭的力學(xué)模型
        2.4.1 重力模型
        2.4.2 推力模型
        2.4.3 氣動力和氣動力矩模型
    2.5 探空火箭姿態(tài)動力學(xué)模型
    2.6 探空火箭動力學(xué)模型的簡化
        2.6.1 泰勒級數(shù)線性化理論[55]
        2.6.2 小偏差增量形式的動力學(xué)模型
    2.7 探空火箭動力學(xué)仿真分析
    2.8 本章小結(jié)
3 鴨舵執(zhí)行機構(gòu)結(jié)構(gòu)設(shè)計與仿真
    3.1 引言
    3.2 舵執(zhí)行機構(gòu)結(jié)構(gòu)設(shè)計
        3.2.1 舵執(zhí)行機構(gòu)的設(shè)計目標
        3.2.2 舵執(zhí)行機構(gòu)結(jié)構(gòu)描述
    3.3 基于Adams的舵執(zhí)行機構(gòu)動力學(xué)仿真分析
        3.3.1 虛擬樣機模型建立
        3.3.2 驅(qū)動力與作用力的添加
        3.3.3 舵執(zhí)行機構(gòu)動力學(xué)仿真分析
    3.4 本章小結(jié)
4 鴨舵式探空火箭姿態(tài)控制系統(tǒng)設(shè)計與分析
    4.1 引言
    4.2 探空火箭姿態(tài)控制系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)和功能
        4.2.1 姿態(tài)控制系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)
        4.2.2 姿態(tài)控制系統(tǒng)的功能
    4.3 姿態(tài)控制系統(tǒng)的狀態(tài)空間模型
    4.4 無控剛性箭體的穩(wěn)定性分析
    4.5 基于PID理論的控制器設(shè)計
    4.6 姿態(tài)控制系統(tǒng)仿真分析
        4.6.1 姿態(tài)控制系統(tǒng)復(fù)頻域仿真分析
        4.6.2 姿態(tài)控制系統(tǒng)時域仿真分析
    4.7 本章小結(jié)
5 探空火箭姿態(tài)控制系統(tǒng)仿真平臺軟件實現(xiàn)
    5.1 引言
    5.2 探空火箭姿態(tài)控制系統(tǒng)仿真平臺的整體設(shè)計
        5.2.1 仿真平臺的設(shè)計要求
        5.2.2 仿真平臺的整體結(jié)構(gòu)
    5.3 探空火箭姿態(tài)控制系統(tǒng)仿真平臺的關(guān)鍵技術(shù)
        5.3.1 仿真平臺開發(fā)環(huán)境及其配置
        5.3.2 MATLAB與VisualC++的交互技術(shù)
        5.3.3 MATLAB與MySQL數(shù)據(jù)庫連接技術(shù)
    5.4 探空火箭姿態(tài)控制系統(tǒng)仿真平臺設(shè)計方案
        5.4.1 界面層設(shè)計方案
        5.4.2 程序?qū)釉O(shè)計方案
        5.4.3 數(shù)據(jù)庫層設(shè)計方案
    5.5 探空火箭姿態(tài)控制系統(tǒng)仿真平臺實例驗證
        5.5.1 探空火箭姿態(tài)控制系統(tǒng)仿真平臺功能驗證
        5.5.2 探空火箭姿態(tài)控制系統(tǒng)仿真平臺可靠性驗證
    5.6 本章小結(jié)
6 總結(jié)與展望
    6.1 研究內(nèi)容總結(jié)
    6.2 研究方向展望
致謝
參考文獻
攻讀碩士期間發(fā)表的論文和獲得專利情況


【參考文獻】：
期刊論文
[1]鴨舵式火箭彈的氣動特性及控制能力分析[J]. 王朋飛,周前進.  兵器裝備工程學(xué)報. 2017(11)
[2]低成本高超聲速試驗火箭姿態(tài)控制方法[J]. 吳東升,鄭忠培,丁智堅.  宇航學(xué)報. 2017(09)
[3]鴨式布局探空火箭氣動特性實驗研究[J]. 鄭佩,張兵峰,李曉暉.  科學(xué)技術(shù)與工程. 2017(25)
[4]航天科技集團探空火箭發(fā)射 助力空間環(huán)境垂直探測[J]. 魏京華.  中國航天. 2016(06)
[5]基于HLA的載人航天器飛行任務(wù)仿真平臺研究與實現(xiàn)[J]. 石小林,欒文博.  航天器環(huán)境工程. 2016(01)
[6]100km附近大氣密度模型的誤差帶和置信度[J]. 萬田,劉洪偉,樊菁.  中國科學(xué):物理學(xué) 力學(xué) 天文學(xué). 2015(12)
[7]固體火箭發(fā)動機噴管的結(jié)構(gòu)設(shè)計與性能仿真[J]. 戶艷,劉思濛,劉煥玲,邵曉東.  計算機技術(shù)與發(fā)展. 2015(08)
[8]某飛行器的氣動特性計算及仿真[J]. 倪原,戴凱,劉智平,張輝.  西安工業(yè)大學(xué)學(xué)報. 2015(03)
[9]探空火箭用S19簡控系統(tǒng)發(fā)展概況[J]. 陳華兵,劉桂玲,彭勤素,楊軍.  中國航天. 2014(10)
[10]航天器運輸?shù)牧W(xué)數(shù)據(jù)采集、存儲和分析方法[J]. 祝亞宏,劉廣通,馮琪,劉興悅,李曉歡.  航天器環(huán)境工程. 2014(05)

博士論文
[1]探空火箭仿真及協(xié)同設(shè)計系統(tǒng)關(guān)鍵技術(shù)研究[D]. 彭濤.中國科學(xué)院研究生院（空間科學(xué)與應(yīng)用研究中心） 2011

碩士論文
[1]空氣舵系統(tǒng)頻響特性分析及試驗研究[D]. 范文洋.哈爾濱工業(yè)大學(xué) 2016
[2]考慮鉸鏈間隙的空氣舵?zhèn)鲃訖C構(gòu)動力學(xué)建模及分析[D]. 李忠洪.哈爾濱工業(yè)大學(xué) 2015
[3]基于HLA 某導(dǎo)彈系統(tǒng)半實物實時視景仿真研究[D]. 鄧洪濤.上海交通大學(xué) 2011
[4]航天器姿態(tài)控制系統(tǒng)仿真平臺的研究[D]. 姚非.哈爾濱工業(yè)大學(xué) 2010
[5]基于HLA的探空火箭仿真系統(tǒng)的軌道仿真模塊體系結(jié)構(gòu)與實現(xiàn)[D]. 王孜.中國科學(xué)院研究生院（空間科學(xué)與應(yīng)用研究中心） 2010
[6]航天器控制系統(tǒng)通用仿真技術(shù)研究[D]. 李松青.國防科學(xué)技術(shù)大學(xué) 2008
[7]基于HLA的運載火箭飛行仿真系統(tǒng)體系結(jié)構(gòu)設(shè)計與實現(xiàn)[D]. 敬錦.電子科技大學(xué) 2007
[8]二維彈道修正裝置設(shè)計[D]. 周中華.南京理工大學(xué) 2006



本文編號：3733641