高可靠运载火箭控制系统设计

第1章 概述

1.1 国外运载火箭控制技术的发展

1.1.1 美国

1.1.2 欧洲

1.1.3 其他国家

1.2 我国运载火箭控制技术的发展

参考文献

第2章 运载火箭飞行控制系统的设计

2.1 控制系统设计的基本流程

2.2 控制系统方案论证与设计的重点内容

2.3 飞行控制系统的综合集成与实现

2.3.1 系统设计的迭代过程

2.3.2 传统设计方法

2.3.3 软硬件协同设计方法

2.4 控制系统的组成

2.4.1 制导系统

2.4.2 姿态控制系统

2.4.3 时序控制系统

2.4.4 电源配电系统

2.5 控制系统的工作过程

参考文献

第3章 制导系统设计

3.1 常用坐标系和坐标转换

3.1.1 常用坐标系

3.1.2 常用坐标系之间的转换

3.2 惯性导航技术

3.2.1 惯性导航器件及其工作原理

3.2.2 初始对准设计

3.2.3 箭体姿态计算和导航方程

3.3 组合导航技术

3.3.1 辅助导航系统

3.3.2 惯性/卫星组合导航工作原理

3.3.3 滤波器设计

3.4 制导方法

3.4.1 制导方法概述

3.4.2 摄动制导方法

3.4.3 迭代制导方法

3.5 入轨精度计算

3.5.1 轨道根数的计算

3.5.2 系统干扰和误差项

3.5.3 蒙特卡洛模拟打靶方法

3.5.4 制导误差计算方法

参考文献

第4章 姿态控制系统设计

4.1 箭体姿态运动方程

4.1.1 箭体刚体运动方程

4.1.2 箭体晃动运动方程

4.1.3 箭体弹性运动方程

4.1.4 箭体姿态运动方程

4.2 姿态控制系统设计

4.2.1 控制方案

4.2.2 箭体刚体稳定方法

4.2.3 箭体晃动运动稳定方法

4.2.4 箭体弹性运动稳定方法

4.2.5 系统静态增益设计方法

4.3 校正网络形式和参数选择

4.3.1 常用的网络形式

4.3.2 低频段网络形式选取

4.3.3 高频段网络形式选取

4.3.4 网络参数设计形式选取

4.4 制导系统对姿控系统的影响分析

参考文献

第5章 飞行软件设计与测试

5.1 飞行软件的组成及功能

5.2 飞行软件的开发流程

5.2.1 软件工程化

5.2.2 软件开发模型

5.3 飞行软件开发示例——飞行控制软件

5.3.1 基本功能分析

5.3.2 软件初步危险分析及软件等级确定

5.3.3 软件的FTA

5.3.4 软件的FMEA

5.3.5 软件开发小结

5.4 嵌入式实时操作系统

5.4.1 操作系统使用性分析

5.4.2 操作系统功能分析与应用

5.4.3 小结

5.5 飞行软件的测试

5.5.1 白盒测试

5.5.2 黑盒测试

参考文献

第6章 可靠性设计与分析

6.1 可靠性设计技术简介

6.1.1 故障检测和隔离技术

6.1.2 冗余技术

6.1.3 冗余设计在飞行控制系统中的应用

6.2 制导系统的可靠性设计

6.2.1 惯性测量信息的冗余设计

6.2.2 其他可靠性设计措施

6.3 姿态控制系统的可靠性设计

6.3.1 姿控控制小回路的冗余设计

6.3.2 角速率测量信号的冗余设计

6.3.3 其他可靠性设计措施

6.4 时序控制系统的可靠性设计

6.4.1 多数表决电路

6.4.2 初始状态的控制与检查

6.4.3 中止关机的冗余处理

6.4.4 分离控制

6.5 电源及供配电系统的可靠性设计

6.5.1 一次电源的冗余设计

6.5.2 二次电源的冗余设计

6.5.3 供配电的可靠性设计

6.6 主要控制系统配套产品的可靠性设计

6.6.1 总线系统的可靠性设计

6.6.2 计算机/控制器的可靠性设计

6.6.3 伺服控制子系统的冗余设计

6.7 飞行控制软件可靠性设计

6.7.1 与软件结构相关的可靠性技术

6.7.2 与多机冗余相关的可靠性技术

6.7.3 与接口相关的可靠性技术

6.7.4 其他可靠性设计注意事项

6.8 其他可靠性设计措施

6.8.1 并联/串并联/并串联设计的风险及其可测试性设计

6.8.2 系统中屏蔽与接地的处理

6.8.3 接口电路的隔离与验证

6.9 可靠性分析

6.9.1 FMEA

6.9.2 FTA

6.9.3 分析示例

参考文献

第7章 地面测试与发射控制技术

7.1 测发控系统组成、功能及工作流程

7.1.1 发射控制

7.1.2 测试

7.2 前端测发控系统

7.2.1 基于标准总线的测试系统

7.2.2 逻辑控制/指令电路设计

7.2.3 供配电功能设计

7.2.4 点火及紧急关机控制

7.2.5 前后端网络通信

7.3 后端测发控系统

7.3.1 发控台

7.3.2 B码控制组合

7.3.3 计算机的功能分配

7.4 地面测发控系统软件

7.5 地面测发控系统的可靠性设计

7.5.1 VXI/PXI与PLC的冗余控制

7.5.2 双采集测量系统

7.5.3 点火及紧急关机控制功能

7.5.4 前后端网络通信系统

7.5.5 地面供电设计

7.5.6 应急控制功能

7.5.7 主控计算机的冗余设计

7.5.8 B码终端的冗余设计

7.6 系统级试验

7.6.1 分系统测试

7.6.2 总检查测试

参考文献

《高可靠运载火箭控制系统设计》涵盖两方面的内容，一是如何设计运载火箭的控制系统，二是如何设计得更加可靠。《高可靠运载火箭控制系统设计》首先介绍了国内外运载火箭控制技术的发展情况，控制系统设计的流程、方法以及控制系统的组成和工作过程，以使读者有个初步的了解；随后重点介绍了制导系统、姿态控制系统、飞行软件设计与测试，可靠性设计与分析；最后介绍了地面测试与发射控制技术，它对确保飞行可靠同样起着十分重要的作用。
　　《高可靠运载火箭控制系统设计》主要作为运载火箭控制系统设计人员的参考资料，读者需要具备一定的背景知识，如控制理论、电气技术、软件工程、可靠性技术等；《高可靠运载火箭控制系统设计》对总体设计人员、产品开发人员和其他飞行器的系统设计人员也有一定的参考价值。