本文關(guān)鍵詞：運(yùn)載火箭上升段動(dòng)力故障自適應(yīng)制導(dǎo)研究

  更多相關(guān)文章： 動(dòng)力故障 自適應(yīng)制導(dǎo) 入軌點(diǎn)更新 間接法在線優(yōu)化制導(dǎo)

【摘要】：現(xiàn)代運(yùn)載火箭需要采用更強(qiáng)大的動(dòng)力系統(tǒng)以滿足運(yùn)載能力的需求,但動(dòng)力系統(tǒng)故障對(duì)發(fā)射任務(wù)的影響尤為嚴(yán)重,尤其是發(fā)動(dòng)機(jī)發(fā)生故障時(shí),傳統(tǒng)基于標(biāo)準(zhǔn)軌跡的攝動(dòng)制導(dǎo)方法難以修正較大幅度的軌跡偏差。為保證運(yùn)載火箭在動(dòng)力故障發(fā)生時(shí)能自主完成重構(gòu),確保運(yùn)輸任務(wù)的完成,因此需要提出可自適應(yīng)動(dòng)力系統(tǒng)故障的制導(dǎo)方法。本文以某兩級(jí)運(yùn)載火箭為研究對(duì)象,分別針對(duì)其大氣層外和大氣層內(nèi)的動(dòng)力系統(tǒng)故障,采用入軌點(diǎn)自適應(yīng)更新迭代制導(dǎo)和基于間接法軌跡在線優(yōu)化及閉環(huán)制導(dǎo)的自適應(yīng)制導(dǎo)方法,完成了運(yùn)載火箭上升段動(dòng)力系統(tǒng)故障下的自適應(yīng)制導(dǎo)研究。首先,系統(tǒng)調(diào)研了國(guó)內(nèi)外運(yùn)載火箭上升段動(dòng)力故障的案例及其影響,分析了國(guó)內(nèi)外大氣層外自適應(yīng)制導(dǎo)的相關(guān)研究和發(fā)展現(xiàn)狀,調(diào)研了國(guó)內(nèi)外基于間接法軌跡在線優(yōu)化及閉環(huán)制導(dǎo)的相關(guān)研究現(xiàn)狀。其次,研究了運(yùn)載火箭上升段的動(dòng)力學(xué)建模問(wèn)題。定義了常用的坐標(biāo)系,并給出各坐標(biāo)系間的轉(zhuǎn)換關(guān)系;在發(fā)射慣性坐標(biāo)系下推導(dǎo)運(yùn)載火箭的三自由度動(dòng)力學(xué)和運(yùn)動(dòng)學(xué)方程,同時(shí)給出動(dòng)力系統(tǒng)故障的幾種模式,作為后續(xù)研究的基礎(chǔ)。然后,對(duì)大氣層外入軌點(diǎn)自適應(yīng)更新迭代制導(dǎo)進(jìn)行了較為深入的研究。采用簡(jiǎn)化推力方向指令迭代制導(dǎo)方法,給出剩余飛行時(shí)間估計(jì)、引力積分預(yù)測(cè)、推力積分預(yù)測(cè)及入軌點(diǎn)緯度幅角更新的實(shí)現(xiàn)方案。通過(guò)一系列大氣層外動(dòng)力系統(tǒng)故障仿真實(shí)例驗(yàn)證了大氣層外入軌點(diǎn)自適應(yīng)更新迭代制導(dǎo)的有效性和可行性。最后,開(kāi)展了大氣層內(nèi)軌跡在線優(yōu)化及閉環(huán)制導(dǎo)方法研究�；陂g接法理論推導(dǎo)了運(yùn)載火箭大氣層內(nèi)上升段最優(yōu)體軸方向、協(xié)態(tài)變量微分方程及終端邊界條件的具體表達(dá)式。研究了數(shù)值求解Hamiltonian兩點(diǎn)邊值問(wèn)題的有限差分法,求解非線性代數(shù)方程組的改進(jìn)牛頓迭代法,并研究了以真空解析解為基礎(chǔ)的牛頓迭代初值選取及考慮大氣作用的參數(shù)同倫算法。實(shí)現(xiàn)了大氣層內(nèi)各種動(dòng)力系統(tǒng)故障條件下的仿真,并驗(yàn)證了基于間接法軌跡在線優(yōu)化及基于線性二次型調(diào)節(jié)器(Linear Quadratic Regulator,LQR)的軌跡跟蹤閉環(huán)制導(dǎo)方案的有效性和合理性。
【關(guān)鍵詞】：動(dòng)力故障 自適應(yīng)制導(dǎo) 入軌點(diǎn)更新 間接法在線優(yōu)化制導(dǎo)
【學(xué)位授予單位】：哈爾濱工業(yè)大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2016
【分類(lèi)號(hào)】：V475.1
【目錄】：

• 摘要4-5
• Abstract5-9
• 第1章 緒論9-16
• 1.1 研究背景及意義9-10
• 1.2 運(yùn)載火箭上升段動(dòng)力故障國(guó)內(nèi)外現(xiàn)狀及分析10-12
• 1.3 運(yùn)載火箭上升段自適應(yīng)制導(dǎo)技術(shù)研究概況12-15
• 1.3.1 基于間接法的軌跡在線優(yōu)化閉環(huán)制導(dǎo)技術(shù)12-14
• 1.3.2 自適應(yīng)迭代制導(dǎo)技術(shù)14-15
• 1.4 論文組織結(jié)構(gòu)與主要研究?jī)?nèi)容15-16
• 第2章 飛行動(dòng)力學(xué)及動(dòng)力系統(tǒng)故障建模16-22
• 2.1 坐標(biāo)系定義及坐標(biāo)轉(zhuǎn)換16-17
• 2.1.1 坐標(biāo)系定義16
• 2.1.2 坐標(biāo)系的轉(zhuǎn)換關(guān)系16-17
• 2.2 運(yùn)載火箭上升段飛行動(dòng)力學(xué)建模17-21
• 2.2.1 上升段運(yùn)動(dòng)數(shù)學(xué)模型17
• 2.2.2 發(fā)動(dòng)機(jī)推力17-18
• 2.2.3 氣動(dòng)力18
• 2.2.4 引力18-20
• 2.2.5 運(yùn)載火箭無(wú)量綱化運(yùn)動(dòng)數(shù)學(xué)模型20
• 2.2.6 角度關(guān)系方程20-21
• 2.3 動(dòng)力系統(tǒng)故障下動(dòng)力學(xué)建模21
• 2.4 本章小結(jié)21-22
• 第3章 大氣層外入軌點(diǎn)自適應(yīng)更新迭代制導(dǎo)22-37
• 3.1 自適應(yīng)迭代制導(dǎo)原理22-27
• 3.1.1 剩余飛行時(shí)間的計(jì)算23-24
• 3.1.2 姿態(tài)角指令求解24-27
• 3.2 入軌點(diǎn)自適應(yīng)更新制導(dǎo)算法27-28
• 3.3 大氣層外故障自適應(yīng)制導(dǎo)仿真28-36
• 3.3.1 標(biāo)準(zhǔn)彈道及無(wú)故障制導(dǎo)28-30
• 3.3.2 故障下更新入軌點(diǎn)對(duì)比30-36
• 3.4 本章小結(jié)36-37
• 第4章 大氣層內(nèi)軌跡在線優(yōu)化及閉環(huán)制導(dǎo)37-58
• 4.1 大氣層內(nèi)上升最優(yōu)控制模型37-38
• 4.2 基于間接法的最優(yōu)解38-46
• 4.2.1 無(wú)過(guò)程約束的最優(yōu)解39-44
• 4.2.2 加入過(guò)程約束的最優(yōu)解44-45
• 4.2.3 Hamiltonian兩點(diǎn)邊值問(wèn)題模型45-46
• 4.3 基于有限差分+改進(jìn)牛頓迭代求解法46-48
• 4.3.1 有限差分法46-47
• 4.3.2 帶松弛因子的牛頓迭代算法47-48
• 4.3.3 關(guān)機(jī)時(shí)間求解算法48
• 4.4 初值估計(jì)及參數(shù)同倫技術(shù)48-50
• 4.4.1 初值快速估計(jì)49-50
• 4.4.2 參數(shù)同倫50
• 4.5 無(wú)故障自適應(yīng)制導(dǎo)仿真50-52
• 4.6 大氣層內(nèi)故障自適應(yīng)制導(dǎo)仿真52-57
• 4.6.1 原一級(jí)關(guān)機(jī)點(diǎn)可達(dá)52-55
• 4.6.2 原一級(jí)關(guān)機(jī)點(diǎn)不可達(dá)55-57
• 4.7 本章小結(jié)57-58
• 結(jié)論58-60
• 參考文獻(xiàn)60-64
• 攻讀碩士學(xué)位期間所發(fā)表的論文及其它成果64-66
• 致謝66

，

本文編號(hào)：642980