【摘要】：高超聲速飛行器由于具備良好的機(jī)動(dòng)性而廣泛用于各種機(jī)動(dòng)性任務(wù),然而由于高超聲速飛行器具有強(qiáng)烈的非線性和不確定性,天地氣動(dòng)參數(shù)不一致的現(xiàn)象尤其嚴(yán)重,這對(duì)飛行器制導(dǎo)控制系統(tǒng)的精度提出了很高的要求,因此,如果可以通過(guò)在線辨識(shí)得到較為精確的氣動(dòng)參數(shù),這將減輕飛行器控制系統(tǒng)的壓力。本文針對(duì)該問(wèn)題,主要研究了高超聲速飛行器氣動(dòng)參數(shù)在線辨識(shí)和巡航段的跟蹤控制等問(wèn)題。本文根據(jù)實(shí)際飛行環(huán)境下的真實(shí)氣動(dòng)模型,采用合理的線性化得到線性的氣動(dòng)模型,為后續(xù)的辨識(shí)打下基礎(chǔ)。同時(shí),根據(jù)高超聲速飛行器在球形大地下的運(yùn)動(dòng)模型,建立了縱向平面的動(dòng)力學(xué)方程,并將其分成高度子系統(tǒng)和速度子系統(tǒng),由姿態(tài)控制器分別進(jìn)行控制。在參數(shù)辨識(shí)中,研究了一種度量參數(shù)來(lái)衡量輸入激勵(lì)的可辨識(shí)性。分別采用不同振幅、不同作用時(shí)間和不同周期的正弦激勵(lì),運(yùn)用遞推最小二乘法對(duì)飛行器的氣動(dòng)模型進(jìn)行參數(shù)在線辨識(shí),三組對(duì)比實(shí)驗(yàn)的結(jié)果不僅表明了不同參數(shù)下的正弦激勵(lì)對(duì)辨識(shí)結(jié)果的影響,還驗(yàn)證了本文提出的度量參數(shù)的可靠性,可以用來(lái)快速衡量激勵(lì)的可辨識(shí)性,方便輸入激勵(lì)的設(shè)計(jì)。針對(duì)傳統(tǒng)擴(kuò)展卡爾曼濾波在進(jìn)行參數(shù)辨識(shí)時(shí)存在精度不高的問(wèn)題,本文將其與迭代濾波理論進(jìn)行結(jié)合,得到了一種迭代擴(kuò)張卡爾曼濾波方法。在擴(kuò)展卡爾曼濾波的基礎(chǔ)上,對(duì)最新的狀態(tài)估計(jì)進(jìn)行反復(fù)的迭代更新以得到當(dāng)前時(shí)刻更準(zhǔn)確的狀態(tài)值,從而提升算法的精度。仿真實(shí)驗(yàn)中,發(fā)現(xiàn)隨著迭代次數(shù)的增加,算法的精度得到了提升,但在實(shí)際情況中應(yīng)考慮實(shí)時(shí)性要求來(lái)決定迭代次數(shù)。最后,基于參數(shù)在線辨識(shí)得到的氣動(dòng)模型,采用自適應(yīng)反步法對(duì)高超聲速飛行器縱向平面的兩個(gè)子系統(tǒng)分別設(shè)計(jì)了自適應(yīng)控制器,并在高度控制器中引入低通濾波器來(lái)避免傳統(tǒng)反步法的“微分爆炸”問(wèn)題。仿真對(duì)比實(shí)驗(yàn)的結(jié)果表明,由于通過(guò)在線辨識(shí)得到了更精確的氣動(dòng)模型,設(shè)計(jì)的控制器能快速穩(wěn)定地控制飛行器跟蹤期望信號(hào),而帶有偏差的氣動(dòng)模型在控制過(guò)程中會(huì)存在穩(wěn)態(tài)誤差。這也驗(yàn)證了參數(shù)在線辨識(shí)對(duì)提升控制精度的作用。
【學(xué)位授予單位】：浙江大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2019
【分類號(hào)】：V448
【圖文】：

是處于理論和基礎(chǔ)研究階段，美方的多次試飛失敗也表明相關(guān)技術(shù)需要繼續(xù)地深逡逑入研究。逡逑圖１．１邋Ｘ４３Ａ高超聲速飛行器逡逑’’Ｖ逡逑■邋．．邋．邋－邋■逡逑圖１．２邋ＨＴＶ－２高超聲速飛行器逡逑高超聲速飛行器具有飛行速度快、機(jī)動(dòng)性能好、突防能力強(qiáng)和遠(yuǎn)程精確打擊逡逑等優(yōu)點(diǎn)［８］，這使得其占據(jù)著重要的軍事戰(zhàn)略地位。然而這些特點(diǎn)也給高超聲速飛逡逑行器帶來(lái)了對(duì)應(yīng)的缺點(diǎn)，高速飛行和大范圍飛行造成了強(qiáng)非線性和外部環(huán)境的復(fù)逡逑雜，這也帶來(lái)了模型的強(qiáng)不確定性等，具體來(lái)說(shuō)，主要有以下幾點(diǎn)［９，１Ｇ］：逡逑（ｉ）強(qiáng)非線性：高超聲速飛行器在飛行過(guò)程中可能跨越平流層、中間層和一部分逡逑的熱層，這幾層的大氣密度變化很大，環(huán)境復(fù)雜，這將導(dǎo)致飛行器的特性會(huì)隨著逡逑飛行高度和飛行速度的變化而呈現(xiàn)強(qiáng)非線性。逡逑２逡逑

邋－邋■逡逑圖１．２邋ＨＴＶ－２高超聲速飛行器逡逑高超聲速飛行器具有飛行速度快、機(jī)動(dòng)性能好、突防能力強(qiáng)和遠(yuǎn)程精確打擊逡逑等優(yōu)點(diǎn)［８］，這使得其占據(jù)著重要的軍事戰(zhàn)略地位。然而這些特點(diǎn)也給高超聲速飛逡逑行器帶來(lái)了對(duì)應(yīng)的缺點(diǎn)，高速飛行和大范圍飛行造成了強(qiáng)非線性和外部環(huán)境的復(fù)逡逑雜，這也帶來(lái)了模型的強(qiáng)不確定性等，具體來(lái)說(shuō)，主要有以下幾點(diǎn)［９，１Ｇ］：逡逑（ｉ）強(qiáng)非線性：高超聲速飛行器在飛行過(guò)程中可能跨越平流層、中間層和一部分逡逑的熱層，這幾層的大氣密度變化很大，環(huán)境復(fù)雜，這將導(dǎo)致飛行器的特性會(huì)隨著逡逑飛行高度和飛行速度的變化而呈現(xiàn)強(qiáng)非線性。逡逑２逡逑

圖２．１慣性系、地球坐標(biāo)系和當(dāng)?shù)劂U垂坐標(biāo)系的示意圖逡逑地球坐標(biāo)系與慣性系之間的關(guān)系為逡逑５，邋—逡逑其轉(zhuǎn)換矩陣為逡逑’ｃｏｓａＧ邋ｓｉｎ邋ａＧ邋０、逡逑Ｌｅｉ邋＝Ｌ．（ａＧ）＝邋－邋ｓｉｎ邋ａＧ邋ｃｏｓ邋ａＧ邋０邐（２－２，0邐0逡逑中的％是隨時(shí)間變化的，變化規(guī)律如下：逡逑＾＝０１00邋＋邋０｝￡（１－１0）邐（２－３中ａｅ。是初始時(shí)刻Ｉ軸和＼軸之間的夾角。逡逑在地球坐標(biāo)系叉中飛行器的位置可以用直角坐標(biāo)系（ｘ，凡ｚ」或球坐標(biāo)

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