【摘要】：本文以具有異類冗余執(zhí)行機(jī)構(gòu)的高超聲速飛行器作為研究對(duì)象,對(duì)其再入飛行階段姿態(tài)控制中氣動(dòng)舵面與反作用控制系統(tǒng)(RCS)的控制量分配進(jìn)行研究與分析。首先,考慮到現(xiàn)有的控制分配算法大多假設(shè)執(zhí)行機(jī)構(gòu)偏轉(zhuǎn)與控制力矩之間為靜態(tài)關(guān)系,且忽略控制分配器與執(zhí)行機(jī)構(gòu)的交互影響對(duì)控制的有效性產(chǎn)生嚴(yán)重后果,提出一種動(dòng)態(tài)控制分配新方法,將執(zhí)行機(jī)構(gòu)動(dòng)態(tài)性信息加入有約束二次規(guī)劃的靜態(tài)控制分配中,并將問(wèn)題轉(zhuǎn)化為基于線性矩陣不等式的目標(biāo)函數(shù)最小化問(wèn)題,以達(dá)到提高控制分配精度與有效性的目的。其次,在動(dòng)態(tài)控制分配的基礎(chǔ)上,考慮執(zhí)行機(jī)構(gòu)飽和時(shí)混合優(yōu)化控制分配效率低的情況,針對(duì)上層姿態(tài)反步控制器得到的期望控制力矩指令,提出一種變權(quán)值的動(dòng)態(tài)控制分配策略。以權(quán)值變換矩陣為參數(shù),將非線性混合優(yōu)化控制分配律線性化,分別建立忽略和包含執(zhí)行機(jī)構(gòu)動(dòng)態(tài)性的變權(quán)值控制分配線性矩陣不等式優(yōu)化模型,以保證執(zhí)行機(jī)構(gòu)冗余控制效能的充分發(fā)揮。最后,為最大限度的利用氣動(dòng)舵面,減小RCS的燃料消耗,并保證系統(tǒng)的故障重構(gòu)能力,針對(duì)基于反步法設(shè)計(jì)的上層離散姿態(tài)控制器得到的期望控制力矩指令,提出一種混合規(guī)劃容錯(cuò)控制分配方法。氣動(dòng)舵面與RCS之間的力矩采用鏈?zhǔn)竭f增分配,而各氣動(dòng)舵面之間的控制分配采用二次規(guī)劃求解,考慮到RCS具有離散的工作特性,RCS間的力矩分配轉(zhuǎn)化為各噴管開(kāi)關(guān)的0-1整數(shù)線性規(guī)劃進(jìn)行求解。并在此基礎(chǔ)上,基于觀測(cè)器估計(jì)出的故障信息來(lái)設(shè)計(jì)容錯(cuò)控制分配策略,使得系統(tǒng)在故障情況下仍舊保持穩(wěn)定。
【圖文】：

具有異類冗余執(zhí)行機(jī)構(gòu)的飛行器控制分配研究、氣動(dòng)舵面之間及 RCS 之間的控制量分配研究是高超聲速飛行器再入段姿態(tài)控制中的一個(gè)問(wèn)題。本文主要運(yùn)用的技術(shù)手段——控制分配技術(shù)是解決過(guò)驅(qū)動(dòng)控制系統(tǒng)中控制量分配問(wèn)題的一效方法，也是近年來(lái)受?chē)?guó)內(nèi)外學(xué)者關(guān)注比較多的問(wèn)題。控制分配技術(shù)通過(guò)解算基于多目標(biāo)的有約束的性能指標(biāo)函數(shù)，尋找各執(zhí)行機(jī)構(gòu)的最優(yōu)組合，實(shí)現(xiàn)三軸控制力矩與相應(yīng)執(zhí)行機(jī)動(dòng)量之間的轉(zhuǎn)換[5]。而高超聲速飛行器中涉及的異類冗余執(zhí)行機(jī)構(gòu)——?dú)鈩?dòng)舵面與RCS，者在控制輸入量以及工作特性上存在本質(zhì)差異，因此，，氣動(dòng)舵面與RCS在復(fù)合情況下的控配技術(shù)有待進(jìn)一步地探索和創(chuàng)新。

具有異類冗余執(zhí)行機(jī)構(gòu)的飛行器控制分配研究、氣動(dòng)舵面之間及 RCS 之間的控制量分配研究是高超聲速飛行器再入段姿態(tài)控制中的一個(gè)問(wèn)題。本文主要運(yùn)用的技術(shù)手段——控制分配技術(shù)是解決過(guò)驅(qū)動(dòng)控制系統(tǒng)中控制量分配問(wèn)題的一效方法，也是近年來(lái)受?chē)?guó)內(nèi)外學(xué)者關(guān)注比較多的問(wèn)題。控制分配技術(shù)通過(guò)解算基于多目標(biāo)的有約束的性能指標(biāo)函數(shù)，尋找各執(zhí)行機(jī)構(gòu)的最優(yōu)組合，實(shí)現(xiàn)三軸控制力矩與相應(yīng)執(zhí)行機(jī)動(dòng)量之間的轉(zhuǎn)換[5]。而高超聲速飛行器中涉及的異類冗余執(zhí)行機(jī)構(gòu)——?dú)鈩?dòng)舵面與RCS，者在控制輸入量以及工作特性上存在本質(zhì)差異，因此，氣動(dòng)舵面與RCS在復(fù)合情況下的控配技術(shù)有待進(jìn)一步地探索和創(chuàng)新。
【學(xué)位授予單位】：南京航空航天大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2018
【分類號(hào)】：V249.1

【參考文獻(xiàn)】

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1 何晶晶;齊瑞云;姜斌;;基于氣動(dòng)舵面和RCS融合控制的高超聲速飛行器再入姿態(tài)容錯(cuò)控制[J];計(jì)算機(jī)輔助工程;2015年03期

2 黃

本文編號(hào)：2693268