本文關鍵詞： 高超聲速飛行器 舵面故障 容錯控制 反饋線性化 輸出反饋 控制分配 RCS　出處：《南京航空航天大學》2015年碩士論文　論文類型：學位論文

【摘要】：本文以高超聲速飛行器為研究對象,考慮舵面發(fā)生故障的情況,進行巡航縱向容錯控制研究和再入姿態(tài)容錯控制研究。首先,介紹了高超聲速飛行器以及再入段的特點,綜述了課題的背景和研究意義。簡要概述了高超聲速飛行器控制技術和執(zhí)行器故障容錯控制技術研究現(xiàn)狀。其次,針對高超聲速飛行器的縱向模型,考慮舵面故障和系統(tǒng)存在未知參數(shù)的情況,設計基于反饋線性化技術的自適應容錯控制器。通過對系統(tǒng)輸出進行多次求導,得到系統(tǒng)相對階。然后采用反饋線性化的方法設計標稱控制器,使得高度輸出能夠跟蹤參考指令。當舵面發(fā)生故障時,在標稱控制器的基礎上設計容錯控制策略,并給出了容錯控制器參數(shù)的匹配條件。當模型參數(shù)和舵面故障信息都未知時,利用Lyapunov穩(wěn)定性定理來設計參數(shù)自適應律,在線更新容錯控制器的參數(shù)。再次,在實際飛行過程中,速度V、高度h和俯仰角速率q是可以測量到的。而由于攻角?和飛行航跡角?的值比較小,一般是很難測量到的。因此,在狀態(tài)反饋控制器的基礎上,采用高增益觀測器技術來實現(xiàn)輸出反饋控制器設計。最后,針對高超聲速飛行器再入姿態(tài)模型,研究舵面故障時的再入姿態(tài)容錯控制。根據(jù)高超聲速飛行器再入初期的特點,通常需要反作用控制系統(tǒng)(RCS)來協(xié)助氣動舵面完成姿態(tài)控制。首先,針對高超聲速飛行器再入姿態(tài)模型,采用Backstepping方法獲得期望力矩。然后將氣動舵面看作首要執(zhí)行機構,將期望的力矩在氣動舵面之間進行控制分配。如果氣動舵面不能達到期望力矩,則開啟RCS。由RCS來提供氣動舵面不能提供的這部分力矩。當舵面發(fā)生故障時,針對執(zhí)行器動態(tài)設計觀測器,估計出故障信息。根據(jù)估計得到的故障信息,設計基于控制分配算法的容錯控制策略,使得系統(tǒng)在故障情況下仍舊保持穩(wěn)定并恢復追蹤性能。
[Abstract]:This paper takes hypersonic vehicle as the research object, considers the fault of rudder surface, studies the cruise longitudinal fault-tolerant control and re-entry attitude fault-tolerant control. Firstly, the characteristics of hypersonic vehicle and its reentry section are introduced. In this paper, the background and significance of the research are summarized. The research status of hypersonic vehicle control technology and actuator fault tolerant control technology is briefly summarized. Secondly, aiming at the longitudinal model of hypersonic vehicle, An adaptive fault-tolerant controller based on feedback linearization is designed considering the rudder fault and the unknown parameters of the system. The relative order of the system is obtained. Then the feedback linearization method is used to design the nominal controller so that the height output can track the reference instructions. When the rudder surface fails, the fault-tolerant control strategy is designed on the basis of the nominal controller. When the model parameters and rudder fault information are unknown, the parameter adaptive law is designed by using the Lyapunov stability theorem, and the parameters of the fault-tolerant controller are updated online. Thirdly, in the actual flight process, the parameters of the fault-tolerant controller are updated. Velocity V, height h and pitch rate Q can be measured. And because of the angle of attack? And flight path angle? Therefore, based on the state feedback controller, high gain observer is used to design the output feedback controller. Finally, for the reentry attitude model of hypersonic vehicle, According to the characteristics of the initial reentry of hypersonic vehicle, the reaction control system (RCSs) is usually required to assist the aerodynamic rudder to complete the attitude control. According to the reentry attitude model of hypersonic vehicle, the desired moment is obtained by Backstepping method, and then the aerodynamic rudder surface is regarded as the primary actuator. The desired torque is controlled and distributed between the aerodynamic rudder surfaces. If the aerodynamic rudder surface fails to achieve the desired torque, open the RCS. The RCS provides this part of the torque that the pneumatic rudder surface cannot provide. When the rudder surface fails, According to the estimated fault information, a fault tolerant control strategy based on the control assignment algorithm is designed to keep the system stable and recover the tracking performance.
【學位授予單位】：南京航空航天大學
【學位級別】：碩士
【學位授予年份】：2015
【分類號】：V249.1

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本文編號：1535594