高超聲速飛行器的再入魯棒預(yù)測控制研究

1.78萬字 51頁 原創(chuàng)作品，已通過查重系統(tǒng)


摘要： 高超聲速飛行器的再入控制是當(dāng)今控制研究的難點和熱點，這是因為再入飛行器必須滿足惡劣的力學(xué)和熱學(xué)環(huán)境要求，才能安全返回著陸點；再入飛行走廊對動壓、過載、熱流有嚴(yán)格約束，進(jìn)而控制存在氣流角、角速度狀態(tài)，以及舵偏角和偏角偏轉(zhuǎn)速率等輸入約束。不滿足這些約束，控制系統(tǒng)性能下降甚至導(dǎo)致系統(tǒng)不穩(wěn)定。
模型預(yù)測控制具有滾動優(yōu)化、反饋校正、模型預(yù)測等特點，是處理約束的有效控制方法之一，魯棒性強(qiáng)，在工業(yè)領(lǐng)域應(yīng)用非常廣泛，但是在航天領(lǐng)域應(yīng)用卻很少涉及。本論文圍繞高超聲速飛行器的再入預(yù)測控制進(jìn)行展開，其主要研究內(nèi)容包括：
1.對高超聲速飛行器的研究意義和背景進(jìn)行闡述，分析了再入控制的難點；基于本體坐標(biāo)系建立了高超聲速飛行器的再入動力學(xué)的模型，并且介紹了預(yù)測控制控制的基本理論和特點。
2.對高超聲速飛行器的俯仰通道進(jìn)行PID控制律設(shè)計，給出了雙閉環(huán)角度和角速度調(diào)節(jié)規(guī)律。在此基礎(chǔ)上，采用預(yù)測控制設(shè)計控制律方法，對預(yù)測控制的各個參數(shù)如何選擇優(yōu)化進(jìn)行具體分析，并且對這兩種方法的控制性能進(jìn)行比較。
3.提出了基于狀態(tài)空間的約束預(yù)測控制算法，進(jìn)行了收斂性和魯棒性等性能分析，通過仿真驗證進(jìn)行可行性分析。
4.基于奇異攝動理論提出了內(nèi)外環(huán)解耦控制系統(tǒng)。控制系統(tǒng)的外環(huán)姿態(tài)運動耦合較弱，在滿足角速度約束的條件下設(shè)計非線性時變預(yù)測控制跟蹤角度指令，控制律形式簡單。強(qiáng)耦合的內(nèi)環(huán)采用動態(tài)逆跟蹤外環(huán)角速度指令，動態(tài)逆期望動力學(xué)采用PI形式提高內(nèi)環(huán)的魯棒性，基于變結(jié)構(gòu)抗飽和技術(shù)處理執(zhí)行結(jié)構(gòu)的飽和約束。


關(guān)鍵詞：高超聲速飛行器；再入；預(yù)測控制；約束