本文關(guān)鍵詞：高超聲速滑翔飛行器再入制導(dǎo)控制技術(shù)研究

  更多相關(guān)文章： 再入滑翔飛行器 多約束參考軌跡 軌跡跟蹤制導(dǎo) 終端最優(yōu)制導(dǎo)律 協(xié)調(diào)轉(zhuǎn)彎控制 三通道頻帶匹配 奇異性抑制

【摘要】：本文以高超聲速滑翔飛行器再入滑翔、末端攻擊任務(wù)為研究背景，緊密跟蹤國外先進再入飛行器及其制導(dǎo)控制技術(shù)的研究現(xiàn)狀和發(fā)展趨勢，對多約束再入滑翔軌跡規(guī)劃、參考軌跡跟蹤制導(dǎo)、俯沖下壓終端多約束最優(yōu)制導(dǎo)、BTT協(xié)調(diào)轉(zhuǎn)彎控制、三通道控制系統(tǒng)頻帶匹配關(guān)系及末端指令轉(zhuǎn)換奇異性等關(guān)鍵問題開展了深入研究。主要研究內(nèi)容包括以下幾個方面： 首先，闡述了論文的研究背景與意義，介紹了國外再入飛行器的發(fā)展現(xiàn)狀，對其制導(dǎo)控制技術(shù)的研究現(xiàn)狀與趨勢進行了詳細分析，給出了相關(guān)坐標(biāo)系的定義及轉(zhuǎn)換關(guān)系，并建立了描述飛行器運動狀態(tài)的六自由度方程。 其次，通過分析再入滑翔飛行的任務(wù)要求，明確了參考軌跡設(shè)計的約束條件，并將約束條件劃分為過程約束及終端約束。對動壓、過載、駐點熱流及準(zhǔn)平衡滑翔等過程約束進行轉(zhuǎn)換，分別設(shè)計了阻力加速度-速度和高度-速度剖面內(nèi)的再入走廊，并基于高度-速度剖面完成了縱向參考軌跡設(shè)計，軌跡滿足終端高度、速度及航程約束，同時給出了以控制量傾側(cè)角可實現(xiàn)性為依據(jù)的參考軌跡可行性評價準(zhǔn)則。對設(shè)計過程進行總結(jié)歸納，給出了一種系統(tǒng)、規(guī)范的參考軌跡設(shè)計流程及任務(wù)可達性分析方法。 第三，對不同設(shè)計控制量的模型線性化方法誤差進行了研究，給出了更具通用性和一般性的線性化模型，并基于線性二次型理論提出了離線及在線計算參考軌跡跟蹤制導(dǎo)方法。離線計算方法考慮穩(wěn)態(tài)條件的Riccati代數(shù)方程，通過預(yù)先裝訂實時插值的方式計算反饋增益，實現(xiàn)狀態(tài)偏差的修正；在線計算方法則基于間接Legendre偽譜的思想，通過LGL點實現(xiàn)狀態(tài)變量及協(xié)態(tài)變量的離散，在線生成且周期更新指令序列，實現(xiàn)參考軌跡的跟蹤。側(cè)向制導(dǎo)則采用基于飛行方向走廊的滾轉(zhuǎn)反向邏輯，滿足飛行過程中禁飛區(qū)、路徑點及終端航向誤差的約束條件。 第四，針對俯沖下壓攻擊終端位置及落角約束推導(dǎo)得到了彈道成型制導(dǎo)律，對制導(dǎo)律的解析特性進行了研究，得到了無量綱加速度、速度及位置的變化規(guī)律，并采用伴隨法對制導(dǎo)律的無量綱位置及角度脫靶量進行了研究，確定了制導(dǎo)時間至少為15倍制導(dǎo)動力學(xué)時間，才能保證脫靶量的收斂；進一步對彈道成型制導(dǎo)律的工程應(yīng)用特性進行了研究，提出了滿足框架角及可用加速度約束的落角約束裝訂方法�？紤]侵徹收攻角任務(wù)要求，基于彈道成型制導(dǎo)律的建模思想增加飛行器加速度狀態(tài)量，并將控制權(quán)函數(shù)令為剩余飛行時間的冪函數(shù)，推導(dǎo)得到了滿足終端位置、落角及加速度約束的終端多約束制導(dǎo)律，給出了三項制導(dǎo)權(quán)系數(shù)及加速度指令隨制導(dǎo)階次的變化規(guī)律，并對制導(dǎo)律的無量綱位置、角度及加速度脫靶量特性進行了詳細分析。 第五，基于過載控制原理，對偏航通道駕駛儀結(jié)構(gòu)減小干擾輸出的能力進行了分析，提出了兩回路+PI校正的協(xié)調(diào)轉(zhuǎn)彎支路設(shè)計結(jié)構(gòu)，論證了內(nèi)回路側(cè)滑角速度反饋實現(xiàn)干擾收斂的本質(zhì)，并提出了偏航角速度反饋疊加運動學(xué)及重力補償項的側(cè)滑角速度反饋工程實現(xiàn)方法，提高飛行器協(xié)調(diào)轉(zhuǎn)彎能力。基于BTT耦合模型，研究了俯仰、偏航及滾轉(zhuǎn)三通道控制系統(tǒng)快速性對飛行器控制性能的影響，，提出了三通道頻帶匹配關(guān)系。末端制導(dǎo)律生成的縱向及側(cè)向加速度指令，通過指令轉(zhuǎn)換才能夠由BTT飛行器所執(zhí)行，針對指令轉(zhuǎn)換過程中可能產(chǎn)生的滾轉(zhuǎn)奇異性問題，分析了奇異性產(chǎn)生的本質(zhì)，并分別針對縱向指令過零及側(cè)向指令小值跳變現(xiàn)象，提出了滾轉(zhuǎn)指令平滑及限幅、相對BTT-90及相對BTT-180指令轉(zhuǎn)換邏輯等抗奇異性策略，并對所提策略的有效性進行了仿真驗證。 論文的研究成果將為我國高超聲速再入滑翔飛行器的發(fā)展提供一定的理論研究依據(jù)和工程應(yīng)用基礎(chǔ)。
【關(guān)鍵詞】：再入滑翔飛行器 多約束參考軌跡 軌跡跟蹤制導(dǎo) 終端最優(yōu)制導(dǎo)律 協(xié)調(diào)轉(zhuǎn)彎控制 三通道頻帶匹配 奇異性抑制
【學(xué)位授予單位】：北京理工大學(xué)
【學(xué)位級別】：博士
【學(xué)位授予年份】：2015
【分類號】：V448
【目錄】：

• 摘要4-6
• Abstract6-12
• 圖表目錄12-20
• 第1章 緒論20-33
• 1.1 本論文研究的背景和意義20
• 1.2 國內(nèi)外研究現(xiàn)狀及發(fā)展趨勢20-29
• 1.2.1 高超聲速再入飛行器的發(fā)展現(xiàn)狀20-25
• 1.2.2 再入制導(dǎo)控制技術(shù)的發(fā)展現(xiàn)狀及趨勢25-29
• 1.3 論文的研究內(nèi)容和主要貢獻29-33
• 1.3.1 論文的主要研究內(nèi)容29-31
• 1.3.2 論文的主要貢獻和創(chuàng)新點31-33
• 第2章 再入滑翔飛行器動力學(xué)建模33-44
• 2.1 常用坐標(biāo)系定義33-34
• 2.2 各坐標(biāo)系間轉(zhuǎn)換關(guān)系34-38
• 2.3 發(fā)射坐標(biāo)系下的飛行器運動方程38-44
• 2.3.1 質(zhì)心動力學(xué)方程39-41
• 2.3.2 質(zhì)心運動學(xué)方程41
• 2.3.3 繞質(zhì)心動力學(xué)方程41-42
• 2.3.4 繞質(zhì)心運動學(xué)方程42
• 2.3.5 建立六自由度運動方程42-44
• 第3章 多約束再入軌跡規(guī)劃技術(shù)研究44-66
• 3.1 再入滑翔運動模型44-45
• 3.2 再入軌跡設(shè)計約束45-48
• 3.2.1 過程約束45-48
• 3.2.2 終端約束48
• 3.3 再入飛行走廊分析48-55
• 3.3.1 攻角方案設(shè)計49-50
• 3.3.2 基于阻力加速度—速度的再入飛行走廊50-52
• 3.3.3 基于高度—速度的再入飛行走廊52-55
• 3.4 縱向參考軌跡規(guī)劃55-64
• 3.4.1 初始段軌跡規(guī)劃56-57
• 3.4.2 滑翔段軌跡規(guī)劃57-61
• 3.4.3 參考軌跡可行性分析61-64
• 3.5 小結(jié)64-66
• 第4章 再入滑翔跟蹤制導(dǎo)技術(shù)研究66-99
• 4.1 基于LQR的縱向參考軌跡跟蹤制導(dǎo)研究66-84
• 4.1.1 線性二次型最優(yōu)控制原理67-68
• 4.1.2 以剩余航程為自變量的運動模型線性化68-73
• 4.1.3 基于離線解算的LQR跟蹤控制器研究73-76
• 4.1.4 基于間接Legendre偽譜法的在線跟蹤控制器研究76-84
• 4.2 包含路徑點及禁飛區(qū)約束的側(cè)向制導(dǎo)策略84-90
• 4.3 制導(dǎo)性能仿真驗證90-97
• 4.4 小結(jié)97-99
• 第5章 終端多約束最優(yōu)制導(dǎo)方法研究99-147
• 5.1 具有終端落角約束的彈道成型制導(dǎo)律研究99-121
• 5.1.1 制導(dǎo)律數(shù)學(xué)建模與推導(dǎo)99-103
• 5.1.2 制導(dǎo)律解析特性研究103-109
• 5.1.3 包含制導(dǎo)動力學(xué)系統(tǒng)的無量綱脫靶量109-115
• 5.1.4 制導(dǎo)律的工程應(yīng)用特性研究115-121
• 5.2 考慮制導(dǎo)動力學(xué)的終端多約束制導(dǎo)律121-143
• 5.2.1 終端多約束制導(dǎo)律建模與推導(dǎo)123-128
• 5.2.2 制導(dǎo)權(quán)系數(shù)特性分析128-130
• 5.2.3 制導(dǎo)律解析特性研究130-134
• 5.2.4 包含制導(dǎo)動力學(xué)的制導(dǎo)特性分析134-143
• 5.3 多約束最優(yōu)制導(dǎo)律仿真驗證143-145
• 5.4 小結(jié)145-147
• 第6章 BTT控制協(xié)調(diào)設(shè)計技術(shù)研究147-176
• 6.1 BTT協(xié)調(diào)轉(zhuǎn)彎駕駛儀設(shè)計研究149-156
• 6.1.1 偏航通道飛行器特性分析149-151
• 6.1.2 協(xié)調(diào)轉(zhuǎn)彎駕駛儀結(jié)構(gòu)分析151-153
• 6.1.3 內(nèi)回路反饋特性研究153-154
• 6.1.4 側(cè)滑角速度內(nèi)回路的工程實現(xiàn)154-156
• 6.2 三通道駕駛儀頻帶特性研究156-164
• 6.2.1 BTT飛行器控制建模156-159
• 6.2.2 俯仰-滾轉(zhuǎn)通道頻帶匹配關(guān)系研究159-161
• 6.2.3 偏航通道快速性研究161-164
• 6.3 BTT指令轉(zhuǎn)換奇異性研究164-175
• 6.3.1 BTT制導(dǎo)指令生成164-166
• 6.3.2 奇異性原理分析166-169
• 6.3.3 奇異性控制策略研究169-175
• 6.4 小結(jié)175-176
• 第7章 總結(jié)與展望176-179
• 參考文獻179-190
• 攻讀學(xué)位期間發(fā)表論文與研究成果清單190
• 科技進步獎及專利190-192
• 致謝192-194
• 作者簡介194

【參考文獻】

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中國博士學(xué)位論文全文數(shù)據(jù)庫 前1條

1 雍恩米;高超聲速滑翔式再入飛行器軌跡優(yōu)化與制導(dǎo)方法研究[D];國防科學(xué)技術(shù)大學(xué);2008年

本文編號：545498