文档介绍：南京航空航天大学
博士学位论文
近空间飞行器鲁棒自适应协调控制研究
姓名:程路
申请学位级别:博士
专业:控制理论与控制工程
指导教师:姜长生
2011-09
摘要对于提高未来空间探索能力和军事防御能力,近空间飞行器琋备重要的战略价值,对其开展研究工作有着深远的意义。由于飞行任务的要求和工作环境的限制,近空间飞行器在高超声速飞行时,系统将具备强烈的非线性、快速的时变性、强耦合和不确定性,这对飞行控制系统的设计带来了很大的挑战。本文针对这一问题。分别就运动数学建模、协调控制思路分析、非线性鲁棒自适应控制设计等展开了相应的研究工作。首先,在分析了高超声速流动特性和近空间大气物理特征的基础上,对采用带翼锥形体构型的近空间飞行器所受飞行力学情况进行系统的分析,推导出其在变化风场下杂啥W刺运动方程,并对其开环控制特性以及不确定和外干扰对其运动特性的影响进行了深入的分析,论证了飞控系统所呈现的严重非线性、激烈快时变、强耦合和不确定性这四大特点和挑战。在此基础上重点研究了不同任务下男骺刂坪吐嘲糇允视π骺刂莆侍狻其一,在所建模型的基础上,提出了近空间飞行器姿态运动协调控制的设计方法,将非线性广义预测控制方法用于系统的协调控制器设计中,通过理论分析和仿真验证表明了该种方法来解决姿态运动协调控制问题的优化性能。随后,分别设计了基于滑动模干扰观测器的非线性广义预测控制和基于在线支持向量回归机的非线性广义预测控制来实现近空间飞行器姿态运动的鲁棒自适应协调控制,采用方法对这两种方案的闭环稳定性进行了分析,仿真结果验证了其良好的控制效果。其二,基于飞行/手隹进一体化设计思想,提出了通过综合气动舵面和发动机推力的协调控制来实现对纵向轨迹的跟踪,将所设计的滑动模广义预测控制用于纵向运动飞行/推进协调控制器的设计中,通过理论推导和仿真分析验证了其非线性优化性能和一定的鲁棒性。进一步,针对近空问飞行器纵向运动的飞行/推进鲁棒自适应协调控制,提出了基于有限样本在线幕9阋逶げ饪刂坪湍:允视9阋逶げ饪刂品椒ǎ赐瓿啥苑尚兴俣和飞行高度的鲁棒跟踪。通过方法进行了闭环性能分析,仿真得满意的控制效果。其三,基于分层递阶控制的思想,提出了菹蛟硕淖颂旒P骺刂葡低车纳杓品法。采用非线性广义预测控制和改进型滑动模干扰观测器设计了该系统各回路的非线性控制器和鲁棒自适应控制器,对控制性能进行了理论分析和仿真验证,达到了保证姿态平稳的状态下的轨迹控制这一要求。关键词:近空间飞行器,高超声速,协调飞行控制,鲁棒自适应控制,广义预测控制,滑动模干扰观测器,支持向量回归机,模糊系统最后,对全文工作进行了总结和展望。南京航空航天大学博士学位论文
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图表清单图大气层的物理环境⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯图流场钡谋〖げú恪图预测控制原理⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯图全文层次与结构⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯图近空间飞行器气动构型⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯图基本升力系数⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯图基本阻力系数⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯图俯仰力矩系数⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯图侧力系数⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯图滚转力矩系数⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯.图偏航力矩系数⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯图摆动发动机布置⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯.图抡媪鞒獭图浠绯≡诠咝灾嵯迪碌姆纸狻图占浞尚衅骺;吩硕匦浴图姿态运动间耦合关系⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯图姿态运动协调控制系统⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯图基于的颂硕骺刂葡低场图基于的颂硕骺刂葡煊η摺图不确定下基于的颂硕骺刂葡煊η摺图基于的控制系统⋯⋯