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1.引言:数字惯性制导系统用以引导欧洲空间飞行器发射装置研制中心-欧洲运载火箭发展组织研制的卫星运载火箭从发射场沿最佳弹道进入所要求的轨道,然后,关闭第三级发动机。本文主要论述运载火箭数字制导计算机和模拟姿态控制回路之间的适应性问题。 2.惯性制导系统:运载火箭的姿态由安装在惯性平台框架上的各个同步器测量。外力引起的增量速度分量通过对正交地安装在平台上的三个加速度表的输出的积分获得。增量速度分量输入计算机,用以算出运载火箭的实时速度和位置,求解制导方程,以便得到所要求的控制角。把同步器的输出信号转换成12号的数字形式,并且在计算机中与所要求的控制角进行比较。比较所得的差角信节以7位数字形式输出,作为自动驾驶仪的指令信号。计算机也计算飞行时间,并在适当时刻发出关闭第三级发动机的信号。 3.自动驾驶仪适应性试验:惯性制导计算机把运载火箭各级的自动驾驶仪和姿态控制回路构成一个整体。采用数字元件就要同时进行时间和角度的量化。制导计算机向自动驾驶仪输出信息的校正频率选用80赫。该频率基本上大于火箭谐频,而仍能与920M型计算机计算全部控制方程的计算速度相适应。根据目前同步器设计中能得到的无噪声分辨率,来选择进入计算机的12位二进制形式的角度信息。其典型的数量级为360×2~(-11)。解码器输出位长可以由输入位长推算出来。其总的范围要求在±10°之内。与每一级的设计当局共同进行了一系列自动驾驶仪适应性试验,以检查量化对三级运载火箭的每一级控制稳定性的影响。制导计算机和有关的模-数和数-模转换器用于每级自动驾驶仪系统模拟试验。 80赫控制重复率适用于各级火箭,角度量化对第二、第三级的影响可以忽略不计。然而,在某些情况下,第一级由于角度量化关系,容易受到过度的极限环的影响。第一级控制系统严格试验表明,在理想的规定大小的量化条件下,极限环保持在低于可允许的大小上。然而,事实上,可以发现,输入到计算机中的角度信息的同步-数字转换特性随时间和温度而变化。在最坏的情况下,这会引起角度量化加倍,从而导致在控制回路原点附近有一个局部不稳定区域。关于此问题的三种不同的解决办法分述如下: A.抖动法。在数字变换前把振荡信号加到姿态回路输出端,这样会使信号成为一种数字波形,这种数字波形的时间平均值就是角度的内插值。如果抖动频率相当高(>30赫),自动驾驶仪就会提供必要的平滑。最终选择了112赫的抖动频率,以便消除与80赫采样频率产生低频差拍的可能性。从理论上讲,抖动法可以有很高的分辨率,并经模拟试验验证,它对第一级的控制问题是一个十分令人满意的解决方法。抖动法的主要缺点是,采用这种方法需要对系统在工程上作很大的修改。 B.输入特性转换法。输入特性转换法是一种调节输入到计算机的角度信息位长的方法。同步-数字转换器的特性可以根据不同的采样而转换。这就可以使最低位的位值减半。采用此方法需要在工程上作的改动要比采用抖动法所需的简单得多,而且第一级的控制性能基本能符合要求。 C.死区法。这是一种对第一级控制问题的纯软件解决方法。这种方法仅要求对计算机程序进行修改。虽然输入量化特性不能由计算机控制,但整个角度指令的传递函数易于用程序进行修改。在原点附近引入一个窄的死区,即使在最坏的量化条件下亦可提供一个稳定区域。用这种方法进行的初步试验表明,第一级的控制性能可以得到改善。优先选用的方法。尽管抖动法要求在工程上作很大的改动,但这种方法还是在惯性制导系统中得到采用。本文还论述了其他一些使自功驾驶仪指令量化的影响减到最小的修改方法。