本文關(guān)鍵詞：應用保護映射理論的高超聲速飛行器魯棒自適應控制

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【摘要】：高超聲飛行器(HSV)具有卓越的軍事價值和經(jīng)濟價值,因此高超聲飛行器技術(shù)是目前航空航天領(lǐng)域的研究熱點。與傳統(tǒng)飛行器相比,高超聲飛行器的模型呈現(xiàn)出顯著的耦合特性、強非線性以及不確定性,這對設(shè)計滿足嚴格的控制性能和穩(wěn)定性能等要求的控制系統(tǒng)帶來一定的挑戰(zhàn)。為了深入地了解HSV模型的動態(tài)特性,首先基于飛行力學、空氣動力學和經(jīng)典力學等物理學基礎(chǔ)理論,建立面向控制的高超聲飛行器縱向運動學模型。隨后,以歸一化的飛行高度和馬赫數(shù)為調(diào)度參量,基于間隙度量理論建立高超聲速飛行器線性變參數(shù)模型,作為控制器設(shè)計的研究對象。此外,依據(jù)基于間隙度量理論選出標稱點,基于LMI方法設(shè)計了HSV切換H_∞迎角跟蹤魯棒控制器,得到整個包線內(nèi)的控制器參數(shù)。進一步,針對HSV飛行包線大、模型不確定性強和動態(tài)特性易變等特性,提出了應用保護映射的魯棒自適應控制方法。該控制器的設(shè)計過程僅需在飛行包線的初始點處固定控制器結(jié)構(gòu)并確定初始控制器參數(shù),應用保護映射理論分析當前控制器使閉環(huán)系統(tǒng)穩(wěn)定的參數(shù)區(qū)間,隨后在該區(qū)間的右邊界點處以上一步得到的控制器參數(shù)為初始值搜索得到新的控制器參數(shù)。通過迭代上述的搜索過程自動地獲得控制器參數(shù)集合及其對應的參數(shù)穩(wěn)定區(qū)間。最后擬合得到控制參數(shù)的解析表達式,實現(xiàn)對HSV模型的魯棒自適應控制。仿真結(jié)果表明,所建立的HSV的LPV模型具有較高的精確度;所設(shè)計的HSV魯棒自適應控制器具有較強的魯棒性,并能夠保證系統(tǒng)在飛行大包線內(nèi)滿足穩(wěn)定性和控制性能要求。此外,通過與H_∞魯棒控制器相比,基于保護映射的控制器具有更好的魯棒自適應控制性能。
【關(guān)鍵詞】：高超聲速飛行器 間隙度量 線性變參數(shù) 保護映射 自適應控制
【學位授予單位】：南京航空航天大學
【學位級別】：碩士
【學位授予年份】：2016
【分類號】：V249.1
【目錄】：

• 摘要4-5
• ABSTRACT5-10
• 注釋表10-11
• 縮略詞11-12
• 第一章 緒論12-19
• 1.1 研究背景與意義12-13
• 1.2 高超聲速飛行器研究現(xiàn)狀13-16
• 1.3 高超聲速飛行器控制方法研究現(xiàn)狀16-17
• 1.4 本文主要研究內(nèi)容與結(jié)構(gòu)17-19
• 第二章 高超聲速飛行器縱向動力學模型建立與分析19-33
• 2.1 高超聲速飛行器模型描述19-20
• 2.2 運動坐標系選取以及其轉(zhuǎn)換20-23
• 2.2.1 運動坐標系的定義20-21
• 2.2.2 參數(shù)的定義以及坐標系之間的轉(zhuǎn)換21-23
• 2.3 高超聲速飛行器縱向運動方程23-29
• 2.3.1 動力學方程23-26
• 2.3.2 運動學方程26-27
• 2.3.3 縱向運動學方程組27-29
• 2.4 高超聲速飛行器縱向動力學模型特性分析29-31
• 2.5 本章小結(jié)31-33
• 第三章 高超聲速飛行器LPV模型建立33-45
• 3.1 線性變參數(shù)(LPV)建模理論33-36
• 3.1.1 雅克比線性化方法34
• 3.1.2 狀態(tài)變化方法34-35
• 3.1.3 函數(shù)替代法35-36
• 3.2 間隙度量理論概述36-37
• 3.2.1 兩個閉合算子間的間隙36-37
• 3.2.2 兩個線性系統(tǒng)間隙度量計算方法37
• 3.3 基于間隙度量的高超聲速飛行器LPV建模實現(xiàn)37-39
• 3.3.1 基于間隙度量劃分高超聲速飛行器飛行包線38
• 3.3.2 基于間隙度量建立高超聲速飛行器LPV模型38-39
• 3.4 高超聲速飛行器LPV建模仿真與驗證39-44
• 3.5 本章小結(jié)44-45
• 第四章 基于LMI的高超聲速飛行器H_∞魯棒控制器設(shè)計45-54
• 4.1 H_∞性能分析45-46
• 4.2 LMI區(qū)域46-47
• 4.3 高超聲速飛行器H_∞魯棒控制器設(shè)計47-49
• 4.4 數(shù)值仿真49-52
• 4.5 本章小結(jié)52-54
• 第五章 應用保護映射的高超聲速飛行器魯棒自適應控制器設(shè)計54-79
• 5.1 保護映射理論概述54-57
• 5.1.1 數(shù)學工具54-56
• 5.1.2 保護映射的定義和性質(zhì)56-57
• 5.2 應用保護映射理論的魯棒性分析57-60
• 5.2.1 單參數(shù)系統(tǒng)的魯棒性分析58
• 5.2.2 雙參數(shù)系統(tǒng)的魯棒性分析58-60
• 5.3 應用保護映射理論的控制器參數(shù)自適應整定算法60-64
• 5.3.1 單變量系統(tǒng)控制器參數(shù)自適應整定算法60-62
• 5.3.2 雙變量系統(tǒng)控制器參數(shù)自適應整定算法62-64
• 5.4 高超聲速飛行器姿態(tài)控制器設(shè)計與仿真64-76
• 5.4.1 高超聲速飛行器迎角跟蹤控制器設(shè)計64-65
• 5.4.2 高超聲速飛行器迎角跟蹤控制器仿真65-76
• 5.5 性能分析與對比76-77
• 5.6 本章小結(jié)77-79
• 第六章 總結(jié)與展望79-81
• 6.1 總結(jié)79-80
• 6.2 研究展望80-81
• 參考文獻81-86
• 致謝86-87
• 在學期間的研究成果及發(fā)表的學術(shù)論文87-88
• 附錄88-90

【參考文獻】

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本文編號：577077