题目：考虑风干扰的火箭上升段控制方法研究

 

本文针对运载火箭上升段飞行中遇到的风干扰问题，建立了风场工程化模型，研究风干扰对运载火箭的影响，通过对传统姿态控制方法进行改进，研究抑制风干扰的新方法，最后建立运载火箭飞行仿真模型，对所提出的方法进行验证。本文的主要内容如下：

1.        建立运载火箭六自由度非线性全量动力学模型，根据“小扰动线性化”假设，对动力学方程线性化，推导出了俯仰通道、偏航通道和滚转通道的姿态动力学模型；利用Missile DATCOM软件计算出运载火箭的气动参数，建立运载火箭的气动力和力矩模型；

2.        根据风场和风场建模的相关理论知识，建立了平均风模型、阵风模型和急流模型，并采用线性叠加原理将单个风场模型进行复合以模拟复杂风场，并给出了相关仿真结果；

3.        研究了上升段飞行中风干扰对运载火箭运动状态和气动载荷的影响；仿真结果表明，风干扰会显著增大运载火箭所承受的气动载荷，当气动载荷超过安全阈值时会影响运载火箭飞行安全；

4.        通过对传统PD姿态控制方法加以改进，设计了引入姿态角反馈、姿态角速率反馈和侧向加速度反馈的控制结构，通过分析闭环系统的稳定性和稳态响应，推导出了“姿态角偏差最小控制”、“弹道倾角偏差最小控制”和“载荷最小控制”等控制律；

5.   基于MATLAB/SIMULINK环境建立了飞行仿真模型，运用所建立的风场模型考察风干扰对运载火箭的影响；仿真结果表明上述三种控制律都能不同程度的减小运载火箭所受到的气动载荷，抑制风干扰的不利影响。