【摘要】：隨著我國航天技術(shù)的發(fā)展以及對太空探測的深入,重型運(yùn)載火箭的研制已成為我國太空發(fā)展戰(zhàn)略的必然要求。重型運(yùn)載火箭由于質(zhì)量、推力和長細(xì)比大,結(jié)構(gòu)質(zhì)量較低,且采用多發(fā)動機(jī)聯(lián)合擺動,箭體在飛行過程中存在復(fù)雜的彈性振動特性,同時復(fù)雜的外部環(huán)境干擾、參數(shù)不確定性使傳統(tǒng)增益定序PD控制難以達(dá)到控制精度要求。本文對重型運(yùn)載火箭模型參考自適應(yīng)增廣控制方法進(jìn)行研究,旨在通過該方法提高傳統(tǒng)增益定序PD控制對飛行環(huán)境的適應(yīng)性。本文首先對自適應(yīng)增廣控制的國內(nèi)外研究現(xiàn)狀進(jìn)行了調(diào)研,包括自適應(yīng)增益調(diào)整、干擾補(bǔ)償控制、主動減載控制和控制分配技術(shù)的發(fā)展。然后對重型運(yùn)載火箭的運(yùn)動特性和受力進(jìn)行了分析,建立了重型運(yùn)載火箭剛體-彈性耦合數(shù)學(xué)模型、彈性振動模型和控制模型。根據(jù)重型運(yùn)載火箭彈性振動頻率的變化特點,基于粒子群優(yōu)化(PSO)方法設(shè)計了校正網(wǎng)絡(luò),并提出了校正網(wǎng)絡(luò)按飛行時段切換的彈性振動抑制方法。設(shè)計了自適應(yīng)增益調(diào)整算法提高增益定序PD控制器應(yīng)對大干擾、不確定性和彈性振動頻率突變的能力,仿真結(jié)果表明,自適應(yīng)增益調(diào)整算法對標(biāo)稱控制器的性能具有較好的改善作用。針對控制增益下降導(dǎo)致的姿態(tài)控制誤差較大的問題,基于擴(kuò)張狀態(tài)觀測器設(shè)計了干擾補(bǔ)償控制結(jié)構(gòu);針對低結(jié)構(gòu)質(zhì)量的箭體經(jīng)過大動壓區(qū)時結(jié)構(gòu)載荷過大的問題,基于Lyapunov定理設(shè)計了主動減載控制結(jié)構(gòu);針對多推力矢量發(fā)動機(jī)的控制分配問題,基于鏈?zhǔn)竭f增算法設(shè)計了控制分配結(jié)構(gòu)。最后對重型運(yùn)載火箭一級助推段的姿態(tài)控制進(jìn)行了非線性仿真,通過將模型參考自適應(yīng)增廣控制與傳統(tǒng)增益定序PD控制進(jìn)行對比,驗證了以下內(nèi)容:(1)自適應(yīng)增益調(diào)整算法能夠通過改變控制增益抑制大干擾、不確定性和彈性振動頻率突變的影響;(2)基于擴(kuò)張狀態(tài)觀測器的干擾補(bǔ)償控制能夠減小因增益下降導(dǎo)致的姿態(tài)角誤差;(3)基于Lyapunov定理的主動減載控制能夠降低箭體結(jié)構(gòu)在大動壓區(qū)受到的載荷;(4)鏈?zhǔn)竭f增算法能夠有效實現(xiàn)多推力矢量發(fā)動機(jī)控制的力矩分配。
【圖文】：

采用模型參考自適應(yīng)控制方法設(shè)計了運(yùn)載火箭控制系統(tǒng)[7]。王佩等針對運(yùn)載箭姿態(tài)運(yùn)動中由參數(shù)不確定性、內(nèi)外干擾和彈性頻率變化導(dǎo)致的姿態(tài)控制題，基于微分估計器和分?jǐn)?shù)階 PD 控制實現(xiàn)對火箭的剛體控制[8]。在多種運(yùn)載火箭控制方法中，研究人員考慮得最多的主要有兩方面的題：一是如何在大范圍擾動和參數(shù)不確定性影響下減小運(yùn)載火箭姿態(tài)控制差；二是如何實現(xiàn)在彈性振動與剛體運(yùn)動耦合較強(qiáng)時實現(xiàn)對彈性振動的抑制在考慮上述問題的基礎(chǔ)上，結(jié)合方便實現(xiàn)工程應(yīng)用的要求，國內(nèi)外研究員多致力于研究對傳統(tǒng)控制方法的改進(jìn)，進(jìn)而提高運(yùn)載火箭控制系統(tǒng)的性能其中，自適應(yīng)增廣控制方法取得了較大的研究進(jìn)展。1.2.2 運(yùn)載火箭自適應(yīng)增廣控制發(fā)展現(xiàn)狀自適應(yīng)增廣控制（Adaptive Augmenting Control,AAC）的基本思想是通多種控制回路提高傳統(tǒng)控制器應(yīng)對不同飛行環(huán)境的能力。自適應(yīng)增廣控制中了傳統(tǒng)標(biāo)稱控制器和校正網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)外，還包括自適應(yīng)增益調(diào)整、干擾補(bǔ)償、動減載和控制分配結(jié)構(gòu)，如下圖所示。

哈爾濱工業(yè)大學(xué)工程碩士學(xué)位論文航平面彎曲振動與俯仰平面彎曲振動唯一的區(qū)別是外力作用方俯仰平面彎曲振動微分方程相似，可以得到偏航平面彎曲振動 扭轉(zhuǎn)彈性振動微分方程載火箭在外力作用下除了會發(fā)生彎曲振動外，，還存在箭體軸線分析運(yùn)載火箭的扭轉(zhuǎn)振動時，將其簡化為一個圓柱體，則其扭示。
【學(xué)位授予單位】：哈爾濱工業(yè)大學(xué)
【學(xué)位級別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2018
【分類號】：V448.1

【參考文獻(xiàn)】

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本文編號：2670104