基于PWM原理的固體姿態控制系統實驗研究①

常 桁，王一白，劉 宇

(北京航空航天大學宇航學院，北京 100191)

0 引言

基于脈寬調制(pulse width modulation，PWM)技術的固體姿控系統由固體燃氣發生器提供高溫燃氣，通過控制閥桿在開-關位置停留時間的比率控制燃氣流量，最終調節發動機的平均推力。與常規推力調節發動機相比，這種動力系統能夠根據任務要求，快速產生與信號占空比關聯的連續變化的姿態控制推力，以實現空間小型飛行器高速、準確的機動。

關于PWM固體姿控發動機技術的研究主要集中在國外，法國 SNECMA 公司［1－3］、美國 Aerojet［4］、Raytheon［5］、Boeing-Rocketdyne［6］等公司歷時數十年，相繼開發出先進的固體姿態軌道控制動力系統(Solid Divert and Attitude Control Systems，SDACS)，并已成功用到多種高機動空間飛行器上［7－8］。國內對類似理論和實驗研究開展得很少，公開發表的文獻主要是對國外姿控發動機的總結概述、對比分析和方案研究［9－10］。

本文開展了冷流原理驗證實驗，研究了平均推力隨驅動電壓占空比的變化特點，驗證出設計的姿控系統(ACS)能實現平均推力的連續調節。根據實驗結果，對ACS工作動態過程和響應時間進行了測定和分析。提出并驗證了雙推力器組合工作模式能顯著減小噴喉上游管路壓強波動的理論，為解決采用固體推進劑燃氣發生器的ACS壓強波動問題提供了一個可行途徑。同時，提出了ACS在小型空間飛行器姿態控制方面的具體應用方案。實驗結果可為PWM姿控系統設計研究提供一定的參考和支撐。

1 實驗系統及原理

設計的組合工作PWM姿控系統冷流實驗系統見圖1，由ACS、PWM信號發生器、N2氣路供給系統、測控系統等4部分組成。……