大跨度再入飞行鲁棒自适应姿态控制技术研究

admin · 发表于 2023-9-19 16:57:05

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高超声速飞行器已成为当今世界各航天大国的研究重点，本文在863课题和横向课题的支持下对高超声速飞行器的再入控制技术进行深入的研究。文中重点分析了高超声速飞行器的气动特性，研究了反作用力/气动力复合控制方法，并且提出了以动态逆为基础的再入控制方法，以解决再入控制中高超声速飞行器存在的非线性、强耦合、时变等题目。为了验证高超声速飞行器再入气动数据以及设计的控制系统性能，本文首先建立了再入飞行器完整的非线性六自由度运动学方程和动力学方程。根据风洞实验数据，建立了气动参数数据库。对高超声速飞行器的气动特性进行了分析，具体分析了纵向、横向静稳定性，配平特性以及方向舵、副翼的控制效率，为后面的控制系统设计奠定基础。针对高超声速飞行器大跨度再入的特点，研究了反作用力/气动力复合控制构型，结合工程实际建立了离散的反作用力控制机构模型，提出了一种以燃料消耗为代价的反作用力/气动力控制分配算法，能够使控制系统满足动态性能的同时消耗较少燃料。本文深入研究了动态逆求解方法。利用非线性动态逆方法设计了高超声速飞行器再入控制系统，并分析了系统的鲁棒性。通过仿真，发现单纯使用动态逆方法，对不确定性以及外界干扰的鲁棒性较差，需要引入其它方法对不确定性以及外界干扰进行补偿，以提高控制系统的鲁棒性能。针对上述题目，本文提出了利用模糊滑模动态逆来设计高超声速飞行器再入控制系统。将动态逆系统方法和模糊滑模控制方法结合起来，利用滑模变结构控制器的输出来确定动态逆控制器的输入，使得各种不确定因素引起的逆误差的影响得到抑制，并且通过引入模糊逻辑算法抑制滑模控制中的高频抖振。最后进行了六自由度仿真验证，得到了满意的控制效果。

大跨度再入飞行鲁棒自适应姿态控制技术研究

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