高超声速飞行器的再入鲁棒预测控制研究.doc

高超声速飞行器的再入鲁棒预测控制研究

1.78万字 51页 原创作品，已通过查重系统


摘要： 高超声速飞行器的再入控制是当今控制研究的难点和热点，这是因为再入飞行器必须满足恶劣的力学和热学环境要求，才能安全返回着陆点；再入飞行走廊对动压、过载、热流有严格约束，进而控制存在气流角、角速度状态，以及舵偏角和偏角偏转速率等输入约束。不满足这些约束，控制系统性能下降甚至导致系统不稳定。
模型预测控制具有滚动优化、反馈校正、模型预测等特点，是处理约束的有效控制方法之一，鲁棒性强，在工业领域应用非常广泛，但是在航天领域应用却很少涉及。本论文围绕高超声速飞行器的再入预测控制进行展开，其主要研究内容包括：
1.对高超声速飞行器的研究意义和背景进行阐述，分析了再入控制的难点；基于本体坐标系建立了高超声速飞行器的再入动力学的模型，并且介绍了预测控制控制的基本理论和特点。
2.对高超声速飞行器的俯仰通道进行PID控制律设计，给出了双闭环角度和角速度调节规律。在此基础上，采用预测控制设计控制律方法，对预测控制的各个参数如何选择优化进行具体分析，并且对这两种方法的控制性能进行比较。
3.提出了基于状态空间的约束预测控制算法，进行了收敛性和鲁棒性等性能分析，通过仿真验证进行可行性分析。
4.基于奇异摄动理论提出了内外环解耦控制系统。控制系统的外环姿态运动耦合较弱，在满足角速度约束的条件下设计非线性时变预测控制跟踪角度指令，控制律形式简单。强耦合的内环采用动态逆跟踪外环角速度指令，动态逆期望动力学采用PI形式提高内环的鲁棒性，基于变结构抗饱和技术处理执行结构的饱和约束。


关键词：高超声速飞行器；再入；预测控制；约束