中國航天事業(yè)創(chuàng)建60多年以來,相繼開展了以載人航天工程、探月工程
和北斗工程為代表的多項重大工程任務(wù)。進入空間的核心工具是火箭,而運載
火箭的 神經(jīng)中樞是控制系統(tǒng),運載火箭控制系統(tǒng)在航天發(fā)射任務(wù)中的重要
性不言而喻。
《火箭智能控制系統(tǒng)概論》一書,針對新時期航天運輸任務(wù) (行星探測、
空間軌道轉(zhuǎn)移等)控制系統(tǒng)面臨的環(huán)境不確定性大、任務(wù)復(fù)雜度高等特點,瞄
準火箭智能控制系統(tǒng)發(fā)展需求而撰寫的。隨著信息技術(shù)、人工智能、電子技術(shù)
等高新技術(shù)的發(fā)展,火箭的控制系統(tǒng)逐步形成了航天控制與信息綜合深度融合
下的智能控制系統(tǒng),航天控制的內(nèi)涵也從 制導(dǎo) 姿控兩重回路延伸到 指
揮決策 制導(dǎo) 姿控三重回路,航天控制得以發(fā)揮更大的作用。
全書包含5章內(nèi)容,內(nèi)容包括緒論、運載火箭 智能賦能技術(shù)、運載火
箭 機能增強技術(shù)、軟件定義運載火箭智能控制系統(tǒng)、運載火箭智能控制系
統(tǒng)發(fā)展,著重論述感知識別、規(guī)劃制導(dǎo)、姿態(tài)控制、電氣綜合 (單機、硬件)、
軟件設(shè)計過程,旨在使讀者能夠系統(tǒng)地了解火箭智能控制系統(tǒng)概念、內(nèi)涵及設(shè)
計過程,為航天科研工作奠定專業(yè)基礎(chǔ)。
本書的一大特色是在主要章節(jié)中均給出了具體的應(yīng)用實例,其可作為運載
火箭領(lǐng)域智能控制系統(tǒng)設(shè)計的指導(dǎo)性著作,可作為飛行器設(shè)計專業(yè)本科生教
材,也可作為相關(guān)專業(yè)研究生和工程設(shè)計人員的參考書。
前 言
·Ⅳ·
北京航天自動控制研究所禹春梅、王亮、程曉明、李剛、杜杠、白文艷、
黃聰、楊文良、張伯川、聶瑩、鐘程、張義參與本書撰寫,柳嘉潤、尚騰、屈
辰、王士鋒等專家參與本書研討、交流和審閱。全書由禹春梅審校定稿。
由衷感謝本領(lǐng)域前輩包為民院士、姜杰院士多年來一貫的支持和幫助。由
于編寫人員水平有限,書中難免有謬誤之處,懇請廣大讀者批評指正。
2023年10月
第1章 緒論 ……………………………………………………………………… 1
1.1 航天運輸系統(tǒng)發(fā)展脈絡(luò) ………………………………………………… 1
1.1.1 運載火箭演進過程 ………………………………………………… 1
1.1.2 運載火箭的發(fā)展趨勢 ……………………………………………… 4
1.2 運載火箭智能控制系統(tǒng)的概念與特征 ………………………………… 5
1.2.1 運載火箭智能控制系統(tǒng)的概念 …………………………………… 5
1.2.2 運載火箭智能控制系統(tǒng)的能力特征 ……………………………… 6
1.2.3 信息驅(qū)動下的運載火箭智能控制系統(tǒng)新特點 …………………… 9
1.3 小結(jié) ……………………………………………………………………… 10
第2章 運載火箭 智能賦能技術(shù) ………………………………………… 11
2.1 概述 ……………………………………………………………………… 11
2.1.1 運載火箭的 智能賦能需求 …………………………………… 11
2.1.2 運載火箭控制系統(tǒng)的 智能賦能特征 ………………………… 12
2.2 智能感知與識別方法 …………………………………………………… 13
2.2.1 運載火箭本體信息的感知與識別技術(shù) …………………………… 13
2.2.2 運載火箭環(huán)境信息的感知與識別技術(shù) …………………………… 37
2.3 智能規(guī)劃制導(dǎo)方法 ……………………………………………………… 47
2.3.1 運載火箭軌跡規(guī)劃方法 …………………………………………… 47
2.3.2 運載火箭飛行能力智能評估技術(shù) ………………………………… 62
目 錄
·Ⅵ·
2.3.3 運載火箭任務(wù)智能決策技術(shù) ……………………………………… 69
2.4 智能姿態(tài)控制方法 ……………………………………………………… 84
2.4.1 基于模型的運載火箭智能姿態(tài)控制技術(shù) ………………………… 85
2.4.2 基于數(shù)據(jù)的運載火箭智能姿態(tài)控制技術(shù) ………………………… 97
2.5 小結(jié) …………………………………………………………………… 111
第3章 運載火箭 機能增強技術(shù) ………………………………………… 112
3.1 概述 …………………………………………………………………… 112
3.1.1 智能控制系統(tǒng)架構(gòu) ……………………………………………… 112
3.1.2 運載火箭 機能增強需求 …………………………………… 116
3.2 多源信息獲取 ………………………………………………………… 117
3.2.1 智能慣性器件 …………………………………………………… 117
3.2.2 智能探測器件 …………………………………………………… 124
3.3 高速信息傳輸 ………………………………………………………… 132
3.3.1 高速總線現(xiàn)狀與發(fā)展 …………………………………………… 133
3.3.2 智能化總線能力特征 …………………………………………… 134
3.3.3 智能化總線應(yīng)用與實踐 ………………………………………… 135
3.4 高效數(shù)據(jù)處理 ………………………………………………………… 143
3.4.1 箭載設(shè)備算力現(xiàn)狀與發(fā)展 ……………………………………… 144
3.4.2 智能算力的能力特征 …………………………………………… 146
3.4.3 智能高算力應(yīng)用與實踐 ………………………………………… 148
3.5 高效電能管理 ………………………………………………………… 153
3.5.1 電能管理現(xiàn)狀與發(fā)展 …………………………………………… 153
3.5.2 高效電能管理能力特征 ………………………………………… 154
3.5.3 高效電能管理應(yīng)用與實踐 ……………………………………… 154
3.6 智能信息支持與測發(fā)系統(tǒng) …………………………………………… 158
3.6.1 運載火箭信息支持與測發(fā)系統(tǒng)現(xiàn)狀與發(fā)展 …………………… 158
火箭智能控制系統(tǒng)概論
·Ⅶ·
3.6.2 智能信息支持與測發(fā)系統(tǒng)能力特征 …………………………… 161
3.6.3 智能信息支持與測發(fā)系統(tǒng)應(yīng)用與實踐 ………………………… 162
3.7 小結(jié) …………………………………………………………………… 166
第4章 軟件定義運載火箭智能控制系統(tǒng) …………………………………… 167
4.1 概述 …………………………………………………………………… 167
4.1.1 軟件定義運載火箭概念 ………………………………………… 167
4.1.2 軟件定義運載火箭的特點與內(nèi)涵 ……………………………… 168
4.2 云態(tài)化系統(tǒng)架構(gòu)平臺 ………………………………………………… 172
4.2.1 架構(gòu)設(shè)計考慮因素 ……………………………………………… 172
4.2.2 云態(tài)化控制系統(tǒng)架構(gòu) …………………………………………… 176
4.2.3 分布式實時軟總線 ……………………………………………… 178
4.2.4 標準應(yīng)用框架設(shè)計 ……………………………………………… 183
4.3 高可靠強實時箭上操作系統(tǒng) ………………………………………… 184
4.3.1 箭載操作系統(tǒng)及其編程接口設(shè)計標準規(guī)范 …………………… 185
4.3.2 箭載實時操作系統(tǒng)設(shè)計與實現(xiàn) ………………………………… 188
4.4 軟件定義火箭控制系統(tǒng)探索實踐 …………………………………… 197
4.4.1 面向軟件定義的控制系統(tǒng)云平臺設(shè)計實現(xiàn) …………………… 197
4.4.2 控制系統(tǒng)云平臺系統(tǒng)功能驗證 ………………………………… 200
4.4.3 面向軟件定義的軟件研制模式轉(zhuǎn)型 …………………………… 203
4.5 小結(jié) …………………………………………………………………… 205
第5章 運載火箭智能控制系統(tǒng)發(fā)展 ………………………………………… 207
參考文獻 ………………………………………………………………………… 210
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