Active Attitude Control of Rocket Launchers

As the performance of a rocket launcher is closely linked to its flight control system, a significantchallenge in rocket science is the design of attitude control algorithms, to ensure the stabilityof the vehicle, while following a designated trajectory and rejecting external disturbances. Thisreport aims at describing a general method for designing such a controller and finally assessfor its performance. First, a state-of-the-art review of existing attitude control methods isprovided, along with an introduction to linear control theory. Important phenomena influencingthe vehicle, including the rigid-body dynamics, aerodynamics, inertia of the engines, sloshingmodes and bending modes are then introduced. Thereafter, through the example of a given studycase, the parameters describing all of these phenomena are estimated. The linear equationsof motion are then derived and a method for constructing the state-space representation ofthe vehicle and its actuators is presented. Based on this linear model, a step-by-step methodis described to compute a stable PID controller, designed to handle all of the consideredphenomena. Finally, a performance analysis including stability, time response, sensitivity androbustness is conducted to evaluate the behavior of the controller.
Eftersom prestanda för en bärraket är nära kopplad till dess flyg regler system, är en betydandeutmaning inom rymdfarten utformningen av en attityd reglerings algoritm för att säkerställabärraketens stabilitet, samtidigt som den följer en bestämd bana och avvisar externa störningar.Denna rapport syftar till att beskriva en allmän metod för att utforma en sådan reg leralgoritmoch slutligen bedöma dess prestanda. Först ges en genomgång av befintliga metoder för attitydreglering och en introduktion till linjär reglerteori. Viktiga fenomen som påverkar bärraketen,inklusive den stela kroppens dynamik, aerodynamik, tröghet i motorerna, slasknings lägenoch böjmoder introduceras sedan. Därefter uppskattas de parametrar som beskriver alla dessafenomen med hjälp av ett givet studiefall som exempel. De linjära rörelseekvationerna härledssedan och en metod för att konstruera en tillståndsmässig representation av farkosten och dessställdon presenteras. Baserat på denna linjära modell beskrivs en steg-för-steg-metod för attberäkna en stabil PID-styrenhet som är utformad för att hantera alla de aktuella fenomenen.Slutligen genomförs en prestandaanalys som inkluderar stabilitet, tidsrespons, känslighet ochrobusthet för att utvärdera regulatorns beteende.