伺服机构故障下基于线性规划的运载火箭姿控系统重构控制（

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1、伺服机构故障下基于线性规划的运载火箭姿控系统重构控制*收稿日期：2015-XX-XX作者简介：程堂明（1972－），男，安徽桐城人，博士研究生，E-mail：chengtm2008@hotmail.com唐国金（通信作者），男，教授，博士，博士生导师，E-mail：tanggj@nudt.edu.cn程堂明，李家文，唐国金（国防科学技术大学航天科学与工程学院，湖南长沙410073）摘要：发动机伺服机构故障给新一代运载火箭姿控系统可靠性和安全性带来挑战，亟需开展重构控制策略研究。针对这一问题，提出了一种基于线性规划的摆角重构控制分配方法。将伺服机构故

2、障下的摆角分配问题转化为1范数单目标有约束优化问题，进而转化为标准的线性规划模型，采用单纯形法进行求解。仿真结果表明，所提出的线性规划法能够实现伺服机构故障下姿控系统的完全重构，各摆角均未达到饱和值，表明了方法的有效性。关键词：运载火箭；姿态控制；控制分配；线性规划；单纯形法中图分类号：TP302.8文献标志码：A　　　文章编号：ReconstructionofAttitudeControlSystemofLaunchVehicleBasedonLinearProgrammingunderServoMechanismFaultCHENGTangmi

3、ng，LIJiawen，TANGGuojin(NationalUniversityofDefenseTechnology，CollegeofAerospaceScienceandTechnology,HunanChangsha，410073)Abstract:Servomechanismfaultofenginebringschallengetoreliabilityandsafetyofattitudecontrolsystemforthenewgenerationlaunchvehicle,theresearchoncontrolreconst

4、ructionstrategyisneededassoonaspossible.Aimingatthisproblem,acontrolallocationmethodforthedeflectionanglereconstructionisproposed.Theproblemofdeflectionangleallocationunderservomechanismfaultistransformedintotheproblemof1-normsingleobjectiveconstrainedoptimization,andthenistra

5、nslatedintostandardizedlinearprogrammingmodelandsolvedbysimplexalgorithmfinally.Simulationresultsshowthatattitudecontrolsystemcanbecompletelyreconstructedbythemethodproposedhereunderservomechanismfault,eachdeflectionangledoesnotreacheditssaturationvalue,sothevalidityofthemetho

6、disproved.Keywords:launchvehicle;attitudecontrol;controlallocation;linearprogram;simplexalgorithm7为提高控制能力，新一代运载火箭要求芯级和助推发动机均参与摆动控制[1]，使得伺服机构数量大大增加[2]，相应发生故障的概率也大大增加。尽管目前伺服机构进行了一定的冗余设计，可靠性大幅提高，但由于内部结构复杂、工作环境恶劣，仍然容易发生损伤、卡死、饱和、漂浮摆动等故障，给火箭可靠性和安全性带来极大挑战。为实现火箭高可靠飞行，提高故障适应能力，亟需开展针对伺服

7、机构故障的高可靠冗余重构控制策略研究[3]。飞行控制系统可重构技术经过近30年的发展，其研究已取得很大进展，特别是随着自适应控制、神经网络、模糊控制、非线性动态逆、控制分配等技术之间的不断融合，已产生了许多重构控制方法。其中控制分配由于在重构过程中不需要调整基本控制律，对执行机构故障具有结构简单、重构效果好的优点，得到了广泛研究和应用[4]。常见的控制分配方法可归纳为两大类：基于非优化的分配算法和优化分配方法，基于非优化的方法如按比例系数分配、按逻辑选择分配、按姿态控制误差分配、按指令需求分配、链式递增法分配等；优化方法主要包括广义逆法、二次规划法

8、以及线性规划法等。目前控制分配方法主要研究对象为飞机(民用飞机、战斗机[5,6]和无人机[7])、卫星、船舶等，对运载火箭