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高超聲速飛行器建模與軌跡跟蹤控制方法

發(fā)布時(shí)間:2017-01-20 12:50

  本文關(guān)鍵詞:高超聲速飛行器建模與軌跡跟蹤控制方法,由筆耕文化傳播整理發(fā)布。


《哈爾濱工業(yè)大學(xué)》 2014年

高超聲速飛行器建模與軌跡跟蹤控制方法

陳志華  

【摘要】:高超聲速飛行器是一種不同于傳統(tǒng)航空航天器的特殊飛行器,具有飛行速度高的突出特點(diǎn)。與其相關(guān)的高超聲速技術(shù)的不斷發(fā)展必定對(duì)未來(lái)的軍事武器領(lǐng)域和民用商業(yè)領(lǐng)域產(chǎn)生重要深遠(yuǎn)的影響。高超聲速飛行器飛行環(huán)境復(fù)雜,采用細(xì)長(zhǎng)形狀的整體結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì),分析表明高超聲速飛行器的開(kāi)環(huán)動(dòng)力學(xué)特性不穩(wěn)定,且其剛體動(dòng)力學(xué)與結(jié)構(gòu)動(dòng)力學(xué)之間存在嚴(yán)重的耦合,還存在著各種不可知的不確定因素。 本文詳細(xì)推導(dǎo)了高超聲速飛行器的一般模型,其中包括剛性動(dòng)力學(xué)和彈性模態(tài)坐標(biāo)動(dòng)力學(xué)部分,保留一般模型的彈性模態(tài)坐標(biāo)方程并做適當(dāng)簡(jiǎn)化,在一組平衡點(diǎn)處進(jìn)行線性化求出了系統(tǒng)的傳輸零點(diǎn)和極點(diǎn),根據(jù)傳輸零點(diǎn)和極點(diǎn)分布分析了飛行器的動(dòng)力學(xué)特性。 對(duì)高超聲速飛行器剛體模型進(jìn)行輸入輸出線性化處理,,得到了解耦的線性模型,采用得到的線性模型分別設(shè)計(jì)了基于極點(diǎn)配置方法和基于LQR最優(yōu)控制方法的動(dòng)態(tài)逆控制策略。在不存在擾動(dòng)的情形下的數(shù)值仿真表明兩種動(dòng)態(tài)逆控制方法能實(shí)現(xiàn)軌跡跟蹤控制目的。同樣針對(duì)軌跡跟蹤控制問(wèn)題,設(shè)計(jì)了常規(guī)積分滑模,常規(guī)滑模,有限時(shí)間積分滑模,二階終端滑模方法,仿真表明有限時(shí)間積分滑模控制對(duì)擾動(dòng)具有一定的的魯棒性,二階終端滑?刂票瘸R(guī)滑模控制具有更快的調(diào)節(jié)速度和更高的控制精度。針對(duì)擾動(dòng)情形,進(jìn)一步設(shè)計(jì)了滑模擾動(dòng)觀測(cè)器進(jìn)行估計(jì),最終設(shè)計(jì)了帶滑模擾動(dòng)觀測(cè)器的二階終端滑?刂破,在有擾動(dòng)情形下,通過(guò)與不帶滑模擾動(dòng)觀測(cè)器情況的仿真對(duì)比,表明帶滑模擾動(dòng)觀測(cè)器的二階終端滑?刂品椒ū炔粠У臅r(shí)候的軌跡跟蹤精度更高,調(diào)節(jié)速度更快。 考慮彈性振動(dòng)減弱控制問(wèn)題,采用包含剛體動(dòng)力學(xué)與彈性模態(tài)坐標(biāo)動(dòng)力學(xué)的高超聲速飛行器彈性模型,只對(duì)剛體動(dòng)力學(xué)部分設(shè)計(jì)了常規(guī)滑模控制器,求解彈性模態(tài)坐標(biāo)仿真得到了第一二階彈性模態(tài)坐標(biāo)曲線。接著在俯仰角速率反饋回路中設(shè)計(jì)了陷波濾波器,數(shù)值仿真表明陷波濾波器能在一定程度上減弱彈性模態(tài)坐標(biāo)的幅值。針對(duì)實(shí)際控制系統(tǒng)中狀態(tài)量攻角和航跡角難以測(cè)量的問(wèn)題,設(shè)計(jì)了滑模狀態(tài)觀測(cè)器來(lái)進(jìn)行估計(jì),仿真表明滑模狀態(tài)觀測(cè)器能快速準(zhǔn)確地估計(jì)出攻角和航跡角值。

【關(guān)鍵詞】:
【學(xué)位授予單位】:哈爾濱工業(yè)大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】:碩士
【學(xué)位授予年份】:2014
【分類號(hào)】:V249
【目錄】:

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4 安昊;高超聲速飛行器建模及控制方法研究[D];哈爾濱工業(yè)大學(xué);2013年

5 魯波;高超聲速飛行器高精度/高帶寬縱向控制律的基礎(chǔ)研究[D];南京航空航天大學(xué);2008年

6 趙紅;高超聲速飛行器跳躍飛行軌道優(yōu)化研究[D];哈爾濱工業(yè)大學(xué);2008年

7 霍俊焱;高超聲速飛行器動(dòng)力學(xué)建模[D];天津大學(xué);2009年

8 劉龍霞;高超聲速飛行器中圓柱類貯箱液固耦合動(dòng)力學(xué)研究[D];天津大學(xué);2009年

9 華晨;高超聲速飛行器縱向通道的預(yù)測(cè)控制器設(shè)計(jì)及可視化仿真[D];上海交通大學(xué);2011年

10 蘇大亮;高超聲速飛行器熱結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)與分析[D];西北工業(yè)大學(xué);2006年


  本文關(guān)鍵詞:高超聲速飛行器建模與軌跡跟蹤控制方法,由筆耕文化傳播整理發(fā)布。



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