重复使用运载器可重构控制系统设计

王谦，李新国

(西北工业大学航天学院，陕西西安710072)

0 引言

在飞行过程中，重复使用运载器具有飞行条件跨度大、强非线性以及控制系统参数离散等特点，使得控制系统设计较为复杂［1］。为了提高重复使用运载器在故障条件下的可靠性，其控制系统需要具备故障下的可重构能力。

近年来，一些学者在重复使用运载器的控制方面获得许多研究成果:文献［2］针对X-33飞行器采用动态逆控制结合线性规划的控制分配算法设计了自适应可重构的飞行控制系统;文献［3］运用含有干扰观测器的滑模控制器设计了X-33飞行器的能量管理段控制系统。但上述研究中未涉及气动舵/RCS(反作用控制系统)控制分配，臧希恒等［4］将气动舵/RCS控制分配问题转化为混合整数线性规划问题求解，实现了再入过程中气动舵与RCS喷流的自适应控制分配。

本文以某亚轨道重复使用运载器为对象，采用反馈线性化结合滑模变结构的控制方法，以获得大范围飞行条件下良好的控制性能。针对基于线性规划的控制分配方法对气动系数描述不够精确的缺点，本文利用混合整数非线性规划方法解决气动舵/RCS控制分配问题，以实现正常和故障条件下的自适应控制分配能力。这种控制结构可以在不改变设计参数的情况下适应多种不同需求的任务，以及在运载器出现轻度故障情况下实现自适应控制重构，配合考虑控制系统故障的轨迹重构，最大限度保障运载器完成任务的能力和安全返回能力。……