本文關(guān)鍵詞：高超聲速飛行器再入段容錯(cuò)制導(dǎo)與控制研究

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【摘要】：由于高超聲速飛行器再入飛行的穩(wěn)定性與安全性至關(guān)重要,再入段發(fā)生故障時(shí)亟需合適的容錯(cuò)方案,特別是容錯(cuò)制導(dǎo)方案以保證飛行器的安全。本文以高超聲速飛行器為研究對象,針對飛行器發(fā)生故障的情況,對高超聲速飛行器再入段容錯(cuò)制導(dǎo)與控制做了一定的研究。首先,綜述了本課題的研究背景和意義,介紹了國內(nèi)外高超聲速飛行器的發(fā)展現(xiàn)狀。概述了本文研究的核心問題:再入制導(dǎo)問題,簡要概述了目前高超聲速飛行器再入制導(dǎo)技術(shù)和容錯(cuò)制導(dǎo)技術(shù)的研究現(xiàn)狀。其次,針對高超聲速飛行器再入運(yùn)動(dòng)模型,考慮舵面發(fā)生卡死故障,設(shè)計(jì)集成容錯(cuò)制導(dǎo)與控制方案。本方法實(shí)現(xiàn)了制導(dǎo)環(huán)與姿態(tài)環(huán)的聯(lián)合控制,通過預(yù)測校正制導(dǎo)算法、Backstepping反逆法和控制分配法設(shè)計(jì)了軌跡狀態(tài)、控制輸入、控制力矩、舵面偏轉(zhuǎn)角等系統(tǒng)指令之間的跟蹤控制系統(tǒng)。針對舵面故障,設(shè)計(jì)了基于剩余健康舵面補(bǔ)償?shù)娜蒎e(cuò)控制方案,從而補(bǔ)償舵面故障造成的力矩?fù)p失。再次,由于姿態(tài)環(huán)的容錯(cuò)能力有限,且僅僅姿態(tài)環(huán)的容錯(cuò)控制雖然能跟蹤到制導(dǎo)環(huán)的控制輸入,但是該控制輸入在故障情況下可能已經(jīng)不能滿足再入制導(dǎo)的要求,需要在制導(dǎo)環(huán)進(jìn)行容錯(cuò)算法研究。通過初始狀態(tài)擾動(dòng)和氣動(dòng)系數(shù)偏差下的飛行數(shù)據(jù)建立在線軌跡數(shù)據(jù)庫,利用軌跡庫的數(shù)據(jù)通過基于相鄰可行軌跡存在定理(NFTET)的容錯(cuò)制導(dǎo)算法實(shí)時(shí)重構(gòu)出故障下合適的新軌跡,使得飛行器重新處于可控范圍之內(nèi)。最后,由于前兩部分主要側(cè)重容錯(cuò)方法上的研究,在氣動(dòng)模型的使用上則是事先選取好特定的氣動(dòng)模型,但實(shí)際飛行過程中氣動(dòng)參數(shù)是隨各種因素變化著的,因此分別設(shè)計(jì)標(biāo)稱氣動(dòng)模型和重構(gòu)氣動(dòng)模型,將故障和舵面信息引入到氣動(dòng)模型中,研究氣動(dòng)參數(shù)的動(dòng)態(tài)變化過程。最后將設(shè)計(jì)的標(biāo)稱和重構(gòu)氣動(dòng)模型應(yīng)用在基于預(yù)測校正算法的再入制導(dǎo)系統(tǒng)中,獲得不同氣動(dòng)模型下的再入制導(dǎo)軌跡。
【關(guān)鍵詞】：容錯(cuò)制導(dǎo) 高超聲速飛行器 舵面故障 重構(gòu)軌跡 NFTET 氣動(dòng)模型
【學(xué)位授予單位】：南京航空航天大學(xué)
【學(xué)位級別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2016
【分類號】：V448
【目錄】：

• 摘要4-5
• Abstract5-11
• 注釋表11-14
• 縮略詞14-15
• 第一章 緒論15-24
• 1.1 課題背景及研究意義15
• 1.2 高超聲速飛行器發(fā)展現(xiàn)狀15-16
• 1.2.1 國外發(fā)展現(xiàn)狀15-16
• 1.2.2 國內(nèi)發(fā)展現(xiàn)狀16
• 1.3 再入制導(dǎo)問題及再入制導(dǎo)方法研究現(xiàn)狀16-20
• 1.3.1 再入制導(dǎo)問題16-18
• 1.3.2 再入制導(dǎo)方法研究現(xiàn)狀18-20
• 1.4 再入容錯(cuò)制導(dǎo)研究現(xiàn)狀20-22
• 1.5 本文的主要研究內(nèi)容與章節(jié)安排22-24
• 第二章 高超聲速飛行器模型24-30
• 2.1 引言24
• 2.2 再入運(yùn)動(dòng)方程24-26
• 2.2.1 再入平移運(yùn)動(dòng)模型24-25
• 2.2.2 再入旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)模型25-26
• 2.3 控制量的選取26-27
• 2.4 再入約束條件27-28
• 2.5 再入制導(dǎo)目標(biāo)28-29
• 2.6 結(jié)論29-30
• 第三章 基于控制分配的高超聲速飛行器再入容錯(cuò)制導(dǎo)與控制30-47
• 3.1 引言30
• 3.2 預(yù)測校正制導(dǎo)律設(shè)計(jì)30-37
• 3.2.1 再入走廊的建立30-32
• 3.2.2 再入縱向制導(dǎo)設(shè)計(jì)32-35
• 3.2.3 再入側(cè)向制導(dǎo)設(shè)計(jì)35-37
• 3.3 基于控制分配和Backstepping的容錯(cuò)控制律設(shè)計(jì)37-39
• 3.3.1 Backstepping控制器設(shè)計(jì)37-38
• 3.3.2 基于控制分配的容錯(cuò)控制律設(shè)計(jì)38-39
• 3.4 仿真驗(yàn)證39-45
• 3.5 結(jié)論45-47
• 第四章 基于NFTET的高超聲速飛行器再入容錯(cuò)制導(dǎo)47-62
• 4.1 引言47
• 4.2 相鄰可行軌跡存在定理47-48
• 4.3 容錯(cuò)制導(dǎo)理論分析48-50
• 4.3.1 假設(shè)條件48-49
• 4.3.2 理論分析49-50
• 4.4 基于NFTET的容錯(cuò)制導(dǎo)律設(shè)計(jì)50-52
• 4.4.1 標(biāo)稱軌跡設(shè)計(jì)50-51
• 4.4.2 重構(gòu)軌跡設(shè)計(jì)51-52
• 4.5 仿真驗(yàn)證52-61
• 4.6 結(jié)論61-62
• 第五章 基于重構(gòu)氣動(dòng)模型的高超聲速飛行器再入容錯(cuò)制導(dǎo)62-73
• 5.1 引言62
• 5.2 氣動(dòng)模型重構(gòu)設(shè)計(jì)62-65
• 5.2.1 標(biāo)稱氣動(dòng)模型63-64
• 5.2.2 重構(gòu)氣動(dòng)模型64-65
• 5.3 基于重構(gòu)氣動(dòng)模型的軌跡生成65
• 5.4 仿真驗(yàn)證65-71
• 5.5 結(jié)論71-73
• 第六章 總結(jié)與展望73-76
• 6.1 全文工作總結(jié)73-74
• 6.2 后續(xù)工作展望74-76
• 參考文獻(xiàn)76-81
• 在攻讀碩士學(xué)位期間發(fā)表的學(xué)術(shù)論文目錄與參加科研情況81-82
• 致謝82

【參考文獻(xiàn)】

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本文編號：1132333