检索结果-内蒙古大学图书馆

航空学报 2021年第11期42卷 408-419页

作者：罗世彬吴瑕魏才盛中南大学自动化学院长沙410083 中南大学航空航天学院长沙410083

针对可重复使用飞行器再入姿态跟踪控制问题,在考虑执行器饱和、气动参数摄动和外部扰动的情况下,提出了一种保性能姿态跟踪控制方案。通过构造预设性能函数,使姿态跟踪误差在预先设置的包络内演化,保证了系统的瞬态和稳态性能;其次,借... 详细信息

针对可重复使用飞行器再入姿态跟踪控制问题,在考虑执行器饱和、气动参数摄动和外部扰动的情况下,提出了一种保性能姿态跟踪控制方案。通过构造预设性能函数,使姿态跟踪误差在预先设置的包络内演化,保证了系统的瞬态和稳态性能;其次,借助于高增益扩张状态观测器解决了气动参数摄动和外部扰动的问题;之后,基于反步控制框架,设计了一种低复杂度的输出反馈扰动补偿控制方法,保证跟踪误差的收敛性。与已有方法相比,所设计的方法不包含一些复杂的非线性动力学近似技术,如神经网络等,降低了参数调节的复杂性,且无需对虚拟控制律重复微分,避免了"微分爆炸"问题。同时,Lyapunov稳定性分析表明,该方法能够保证误差变量的预期收敛以及其他闭环系统信号的有界性。最后,通过对比仿真验证了所提方法的有效性及可行性。

关键词：可重复使用飞行器预设性能控制反步控制输出反馈跟踪控制高增益扩张状态观测器姿态跟踪

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可重复使用飞行器归一化复合控制系统设计

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宇航学报 2016年第6期37卷 639-645页

作者：郭建国张添保周军王国庆张月玲西北工业大学精确制导与控制研究所西安710072 中国运载火箭技术研究院研发中心北京100076

以可重复使用飞行器(RLV)的姿态控制系统为研究对象,提出一种基于归一化方法的新型复合控制系统设计方法。对RLV三自由度姿态动力学模型中的气动控制量和反作用控制系统(RCS)控制量分别进行归一化处理,建立RLV复合控制的归一化模型。在... 详细信息

以可重复使用飞行器(RLV)的姿态控制系统为研究对象,提出一种基于归一化方法的新型复合控制系统设计方法。对RLV三自由度姿态动力学模型中的气动控制量和反作用控制系统(RCS)控制量分别进行归一化处理,建立RLV复合控制的归一化模型。在此基础上,通过对归一化模型的输入矩阵中同种执行机构控制阈值的设计,获得两种异类执行机构复合控制的切换条件,并进一步修正了归一化复合控制模型。基于积分型终端滑模控制方法,设计了可重复使用飞行器的复合控制系统,并采用广义逆的方法,直接将控制分配融合到控制律的设计中来,实现控制律和控制分配的一体化设计,不需要优化算法,减少了控制系统的计算量。最后,对可重复使用飞行器姿态控制系统进行数学仿真,不仅校验了采用归一化方法设计的复合控制系统的有效性,而且与采用线性规划优化控制方法具有相同的姿态控制效果。

关键词：可重复使用飞行器归一化方法复合控制指令分配终端滑模

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可重复使用飞行器无动力着陆轨迹设计研究

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战术导弹技术 2017年第4期 82-89,102页

作者：陈鹏张建宏佘智勇陆红北京空天技术研究所北京100074

采用沿约束轨迹的推演计算方法对可重复使用飞行器无动力着陆轨迹进行设计。首先根据动压、过载、垂直下降率、连续性和平稳性要求确定飞行轨迹的基本形状,然后根据轨迹参数获得理想的接地动压。该方法具有简便、快速、鲁棒性强等特点,... 详细信息

采用沿约束轨迹的推演计算方法对可重复使用飞行器无动力着陆轨迹进行设计。首先根据动压、过载、垂直下降率、连续性和平稳性要求确定飞行轨迹的基本形状,然后根据轨迹参数获得理想的接地动压。该方法具有简便、快速、鲁棒性强等特点,为机载轨迹在线生成的研究打下基础,具有较强的实用价值。

关键词：可重复使用飞行器无动力着陆轨迹设计

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可重复使用飞行器自适应再入制导控制方法研究

可重复使用飞行器自适应再入制导控制方法研究

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作者：李浩哈尔滨工业大学

学位级别：博士

更加安全、可靠、自主是新一代可重复使用飞行器的发展目标。传统的飞行器再入段制导系统与控制系统采用独立设计的思想,迭代设计时间长,难以处理气动舵故障等意外情况,任务自主性和适应性差,无法保证飞行器的安全再入返回。本文对国内... 详细信息

更加安全、可靠、自主是新一代可重复使用飞行器的发展目标。传统的飞行器再入段制导系统与控制系统采用独立设计的思想,迭代设计时间长,难以处理气动舵故障等意外情况,任务自主性和适应性差,无法保证飞行器的安全再入返回。本文对国内外可重复使用飞行器及其先进制导控制技术的发展情况进行了梳理,研究了自适应制导控制系统,并将其应用于新一代可重复使用飞行器的再入段中,主要的研究内容包括以下几个方面:首先,利用在线轨迹规划、自适应制导、可重构控制方法设计了外、中、内三回路的自适应制导控制系统。结合可重复使用飞行器再入段的飞行任务特性以及飞行器的外形结构特点,分析了再入过程中可能出现的各种气动舵故障模式,给出了自适应制导控制系统的基本框架,并对各个子系统进行了简要的说明。其次,基于自适应PID控制方法研究了一种可重构控制方法。原始的再入控制问题通过线性化转化,将其设计为双回路反馈控制器,其中外回路对攻角、侧滑角、倾侧角进行跟踪,内回路对滚转、俯仰、偏航角速度进行跟踪。针对气动舵可能发生的典型故障,在此基础上设计了由自适应PID控制器和伪逆控制分配器组成的可重构控制器。仿真结果验证了可重构控制方法的可行性和有效性。再次,研究了一种将标称轨迹跟踪制导、轨迹线性化控制与反步制导方法相结合的自适应制导方法。该方法先由轨迹规划模块对再入运动进行建模,考虑各项约束设计出用于制导跟踪的可行的参考轨迹。基于轨迹线性化控制原理设计了由高度环路、速度环路组成的双环轨迹跟踪制导系统,并给出了闭环动态矩阵参数的设置方法。在此基础上基于反步原理对已有制导方法进行适应性改进,促使制导和控制系统协同工作并最终实现飞行器气动舵故障模式下的姿态控制与飞行状态跟踪。仿真结果对比分析表明,该方法能够适应不同的飞行环境,制导精度高,与控制系统一起可实现故障模式下的轨迹跟踪。同时,研究了基于记忆规则的优化方法在可重复使用飞行器在线轨迹规划问题中的应用。该方法由记忆模型、刺激类型、搜索策略、遗忘更新模型和记忆更新模型等模块组成。刺激类型判断模块根据目标函数值的变化来判断试探解性质的优劣;搜索策略模块给出了5种灵活多变的试探解搜索策略,从而能够确保算法的全局最优性以及快速收敛;遗忘与记忆更新模型通过计算总记忆的残留值,最终筛选出记忆残留值最大的试探解作为全局最优解。仿真结果表明,该算法在收敛速度、收敛精度和全局最优性上具有一定的优势,这也验证了将记忆优化算法应用于在线轨迹规划是可行的。最后,研究了自适应制导控制系统应用于可重复使用飞行器再入段具体的工作流程。对单个气动舵卡死故障进行了仿真分析,初步掌握保证飞行器安全返回的气动舵可用范围。综合考虑各项干扰,对多个气动舵同时发生卡死故障的情况进行蒙特卡洛打靶仿真,对比分析了采用传统制导控制系统和采用自适应制导控制系统后飞行器再入返回的成功率。仿真结果表明,自适应制导控制系统能够满足可重复使用飞行器的设计要求,具有较强的可靠性、自主性和安全性,能够很好地适应各种飞行环境和大多数的气动舵故障。

关键词：可重复使用飞行器气动舵故障在线轨迹规划自适应制导可重构控制

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基于鲁棒自适应反步的可重复使用飞行器再入姿态控制

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控制与决策 2014年第1期29卷 12-18页

作者：王芳宗群田栢苓王婕天津大学电气与自动化工程学院天津300072

考虑惯性矩阵不确定和力矩扰动的影响,设计再入可重复使用飞行器的鲁棒自适应反步姿态控制器.首先,设计虚拟控制时,通过自适应实现对不确定项的未知边界的估计;其次,设计实际控制输入时,为消除反步法的"计算爆炸"问题,将虚拟... 详细信息

考虑惯性矩阵不确定和力矩扰动的影响,设计再入可重复使用飞行器的鲁棒自适应反步姿态控制器.首先,设计虚拟控制时,通过自适应实现对不确定项的未知边界的估计;其次,设计实际控制输入时,为消除反步法的"计算爆炸"问题,将虚拟控制导数作为不确定项,引入鲁棒项消除不确定与力矩扰动的影响;再次,基于Lyapunov理论证明了跟踪误差收敛到任意小邻域;最后,基于X-33的六自由度模型仿真验证了所设计的控制策略的有效性.

关键词：可重复使用飞行器再入段反步法自适应鲁棒

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可重复使用飞行器再入段抗扰姿态控制研究

可重复使用飞行器再入段抗扰姿态控制研究

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作者：王铭泽哈尔滨工业大学

学位级别：博士

随着可重复使用技术的快速发展,低成本、多次、自由进出空间方式已经成为世界航天领域研究的热点,是引领科技发展,支撑我国科技强国、航天强国和交通强国建设的重要手段。本论文面向可重复使用飞行器的抗扰姿态控制系统设计需求,重点解... 详细信息

随着可重复使用技术的快速发展,低成本、多次、自由进出空间方式已经成为世界航天领域研究的热点,是引领科技发展,支撑我国科技强国、航天强国和交通强国建设的重要手段。本论文面向可重复使用飞行器的抗扰姿态控制系统设计需求,重点解决:1)如何在动力学强耦合、气动及结构参数存在强不确定性下实现高精度快收敛强抗扰姿态控制;2)如何在非匹配干扰影响下实现高品质预设性能姿态控制;3)如何在控制饱和约束下仍能实现预设性能姿态控制等三个问题,主要研究内容如下。首先建立可重复使用飞行器动力学模型,阐述建模过程中所用到的坐标系及坐标系间的转换关系;分析飞行器受力与力矩情况,采用牛顿-欧拉法建立飞行器质心平动和绕质心转动的运动学及动力学模型;最后基于所建立的模型,设计满足指标要求的再入段标称轨迹,为后续控制系统的设计奠定基础。基于前述绕质心转动运动学及动力学模型,建立面向控制设计的姿态跟踪误差模型,明确了控制目标。考虑跨空域飞行中气动参数存在的天地不一致性以及结构参数不确定性所引起的复杂扰动,开展高精度非奇异自适应滑模控制方法研究,引入时变且弱保守的自适应增益项解决抖振问题,使姿态跟踪误差在固定时间内收敛到原点附近的邻域内。为消除滑模面趋近过程,降低初始控制量,进一步提高控制系统的抗扰能力,引入固定时间扩张状态观测器对控制系统复合扰动进行精确估计,并依据积分滑模面设计固定时间控制律。最后考虑固定时间控制律作用下姿态跟踪误差收敛时间上界表达形式复杂,不利于控制系统收敛时间的快速设计,提出基于扩张状态观测器的非奇异预定时间滑模控制律,设计了无切换型非奇异预定时间滑模面,使姿态跟踪误差到达滑模面和在滑模面上的收敛时间可分别通过显含在控制律中的单个参数进行预设。针对可重复使用飞行器姿态角控制回路中出现的非匹配干扰,开展可重复使用飞行器预设性能控制方法研究,以实现对姿态跟踪误差瞬态和稳态性能的定量调控。首先提出一种初始下降速率为零的预定时间预设性能函数,降低了初始控制量需求,保证姿态跟踪误差能够在预定的时间间隔内到达稳态阶段,且可通过单个参数实现对收敛速率的调整。随后结合障碍函数与反步法,设计非匹配干扰作用下无误差转换的预设性能控制方法,采用预设性能函数修改障碍函数边界值以保证姿态跟踪误差具备期望的瞬态和稳态性能。为避免反步法中递归设计思想给控制系统设计带来的复杂度,在不采用扰动观测器的前提下提出指数型滑模面及控制律处理匹配/非匹配干扰,并基于障碍函数驱使姿态跟踪误差在预定时间内收敛至预设稳态范围,实现非匹配干扰影响下可重复使用飞行器的预设性能高品质姿态控制。最后,针对执行机构饱和情况,提出基于加速Landweber迭代的控制分配方法,根据执行机构有效性增益以及所在当前位置与其饱和极限之间的距离,将虚拟控制指令成比例的分配到各个执行机构上。对于过饱和的执行机构,采用再分配机制将过饱和量重新分配到其他冗余执行机构上,实现对期望指令的精确跟踪。此外,为保证可重复使用飞行器性能相关的约束和能力相关的约束之间的平衡,研究基于抗饱和补偿器的预设性能抗饱和控制方法,将与输入饱和误差相关的补偿系统引入到预设性能函数中,在饱和情况下自主降低跟踪性能,确保飞行器姿态跟踪误差始终保持在可知范围内。同时,抗饱和补偿函数能在饱和消失后的预定时间内收敛到零,恢复控制系统原有的跟踪性能,避免对控制品质的长期影响。

关键词：可重复使用飞行器预定时间滑模控制预设性能控制障碍函数控制分配抗饱和补偿器

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可重复使用飞行器末端能量管理段轨迹和制导研究

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航天控制 2005年第3期23卷 9-13页

作者：沃云峰李新国西北工业大学航天学院西安710072

采用Bernoulli螺旋线来描述航向调整圆锥在水平面中的投影,以此为基础建立了可重复使用飞行器在航向调整段的动力学和运动学模型,提出了一种根据末端能量管理段起始点水平面位置和飞行器的能量/航程比动态来生成航向调整圆锥的方法,以... 详细信息

采用Bernoulli螺旋线来描述航向调整圆锥在水平面中的投影,以此为基础建立了可重复使用飞行器在航向调整段的动力学和运动学模型,提出了一种根据末端能量管理段起始点水平面位置和飞行器的能量/航程比动态来生成航向调整圆锥的方法,以及航向调整段和捕获段的制导方法;数字仿真结果表明,本文提出的轨迹设计和制导方法可以使可重复使用飞行器以自动着陆界面要求的速度和高度对准跑道,实现飞行器安全降落。

关键词：可重复使用飞行器末端能量管理轨迹设计制导

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可重复使用飞行器再入控制系统设计

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航天控制 2006年第1期24卷 9-13页

作者：黎科峰张庆振任章北京航空航天大学精确制导技术研究中心北京航空航天大学精确制导技术研究中心北京100083

本文首先分析了可重复使用飞行器的控制结构,然后提出了一种智能变结构控制器,它可以使可重复使用飞行器控制系统克服现有方法的缺陷,无需大量的增益调节,而能自动适应非线性和强耦合的对象特性,并能适应大范围环境变化,减小对不同飞行... 详细信息

本文首先分析了可重复使用飞行器的控制结构,然后提出了一种智能变结构控制器,它可以使可重复使用飞行器控制系统克服现有方法的缺陷,无需大量的增益调节,而能自动适应非线性和强耦合的对象特性,并能适应大范围环境变化,减小对不同飞行条件下气动与结构参数的依赖性,自动补偿不确定因素和扰动的不利影响。最后通过simulink建模对控制系统进行了内外两回路协同仿真,验证了此控制系统能很好地跟踪输入,并且较好地解决了存在于变结构控制系统中抖振问题。

关键词：可重复使用飞行器变结构控制反作用控制系统抖振

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可重复使用飞行器末端能量管理段轨迹与制导

可重复使用飞行器末端能量管理段轨迹与制导

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作者：沃云峰西北工业大学

学位级别：硕士

本文对可重复使用飞行器末端能量管理段的轨迹和制导问题进行了探讨,主要内容有: 1.建立了航向调整段轨迹的数学模型,详细讨论了两类特殊螺旋线轨迹,给出螺旋线参数计算公式和航程计算公式。 2.根据螺旋线的几何性质,推导出航迹... 详细信息

本文对可重复使用飞行器末端能量管理段的轨迹和制导问题进行了探讨,主要内容有: 1.建立了航向调整段轨迹的数学模型,详细讨论了两类特殊螺旋线轨迹,给出螺旋线参数计算公式和航程计算公式。 2.根据螺旋线的几何性质,推导出航迹终端约束与航迹始端约束之间的关系式,根据这个关系式,提出一种动态生成航向调整圆锥的方法,应用此方法,在某些条件下可以替代S形转弯机动。 3.讨论了具有高度误差时的航向调整段轨迹重构问题,给出了轨迹重构的求解公式。 4.根据航向调整段轨迹的数学描述,推导出了沿此轨迹飞行的速度变化规律,并给出了侧向平面内的制导规律。 5.比较分析了两种捕获段水平面轨迹:切线轨迹和弧线轨迹。分别给出了两种轨迹的数学模型以及航程计算公式。同时讨论了捕获段两种纵向平面内轨迹的设计方法:(1)高度为航程的函数;(2)高度自由。对高度自由的情况,给出一种制导律以导引飞行器做沉浮运动以消耗能量,使飞行器能满足终端能量一航程约束。 6.给出了着陆预备段侧向平面内制导律和S形转弯的航程计算方法。 7.进行了三自由度数值仿真,验证了轨迹设计方案和制导律的可行性。 8.初步讨论了航天飞机发射异常需要滑行返回时的飞行过程。

关键词：可重复使用飞行器末端能量管理轨迹制导航向调整圆锥 S形转弯捕获段航向调整段着陆预备段

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可重复使用飞行器末端能量管理轨迹规划与制导技术研究

可重复使用飞行器末端能量管理轨迹规划与制导技术研究

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作者：池政国防科学技术大学

学位级别：硕士

末端能量管理是再入过程中很重要的一个阶段,具有承接再入段和自动着陆段的作用,是保证飞行器安全着陆的关键阶段。本文对可重复使用飞行器的末端能量管理段轨迹设计方法和制导方法进行研究给出末端能量管理段需要用到的坐标系及坐标系... 详细信息

末端能量管理是再入过程中很重要的一个阶段,具有承接再入段和自动着陆段的作用,是保证飞行器安全着陆的关键阶段。本文对可重复使用飞行器的末端能量管理段轨迹设计方法和制导方法进行研究给出末端能量管理段需要用到的坐标系及坐标系之间的转化,在地面坐标系下建立可重复使用飞行器的动力学方程。给出能量走廊的定义,取相同的初始条件,选择合适的动压剖面,通过仿真分析,验证了能量走廊的有效性,同时得到标称的能量剖面。设计了地轨迹的形状,提出了改进的地轨迹设计方法,能适应更大的不确定性,具有更强的鲁棒性。将制导律的设计分成纵向和横侧向两部分,给出制导总体方案。提出了制导律的设计方法,通过PD反馈对系统的误差进行控制,通过加入前馈环节提高系统的跟踪性能,并推导了用于制导的纵向和横侧向的状态方程。最后针对直接进场、间接进场、S转弯进场三种情况进行了数值仿真,验证了制导方法的有效性和鲁棒性。研究了基于滑模原理的变结构制导律设计方法,利用滑摸变结构控制具有快速响应、对参数变化及扰动不灵敏、物理实现简单等优点,对轨迹进行控制。确定滑模面和控制参数,给出控制律的具体形式,验证了滑模控制器的有效性。最后针对直接进场、间接进场、S转弯进场三种情况进行了数值仿真,验证了制导方法的有效性和鲁棒性。本文研究了末端能量管理段的轨迹设计和制导方法,为可重复使用飞行器在末端能量管理段的飞行提供了参考,对我国开展相关工程实践具有很大的借鉴意义。

关键词：可重复使用飞行器末端能量管理能量走廊 PD控制滑模控制鲁棒性

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