赵旺 刘锦凡 谭述君 毛玉明 吴志刚

运载火箭POGO主动抑制的LQR控制器设计

赵旺1,2刘锦凡3谭述君1,2毛玉明3吴志刚1

（1 大连理工大学工业装备结构分析国家重点实验室，大连，116023；2 大连理工大学辽宁省空天飞行器前沿技术重点实验室，大连，116023；3 上海宇航系统工程研究所，上海 201109）

针对传统蓄压器难以满足大型捆绑火箭的Pogo抑制要求的问题，本文提出了基于LQR控制器设计的Pogo主动抑制方法。以采用低温液氧／煤油补燃循环发动机的某运载火箭为研究对象，建立了Pogo主动控制单元模型，导出了Pogo控制系统的状态空间模型；以泵入口压强最小为指标，设计了LQR全状态反馈控制器和部分状态反馈控制器，实现运载火箭Pogo振动的主动抑制；进而研究了控制器尺寸及安装位置对控制效果的影响。最后通过对某型号运载火箭Pogo主动抑制设计的稳定性分析和时域仿真，表明所设计的Pogo主动抑制器有效地提高了系统阻尼、抑制了Pogo振动，对模型偏差具有很强的鲁棒性，优于传统的蓄压器设计；并且对控制器尺寸和安装位置不敏感，有利于工程实现。

Pogo振动；稳定性；主动抑制；LQR；鲁棒性

0 引言

Pogo振动问题由来已久，最早出在“大力神－双子座”的无人飞行中[1]，在1960年~1962年间的Thor/Agena和Titan II上出现之后，命名为Pogo[2]，是著名的液体运载火箭振动问题。其产生机理一般认为是发动机产生的随机振动，激起结构的纵向振动，而结构振动又会进一步导致输送管路的液体压力脉动，进一步使推力产生脉动，推力脉动再加剧结构振动的一个正反馈过程[3]。……