本文關(guān)鍵詞：升力式再入飛行器軌跡優(yōu)化與制導技術(shù)研究

  更多相關(guān)文章： 升力式再入飛行器 軌跡優(yōu)化 逆動力學 貝塞爾曲線 跟蹤制導律 SDRE 滑�？刂� 全局滑模 有限時間收斂

【摘要】：升力式再入飛行器以遠距離打擊、高突防能力等顯著特點,逐漸成為研究的熱點,本文旨在解決飛行器滑翔段軌跡優(yōu)化與制導設(shè)計關(guān)鍵問題,開展彈道優(yōu)化技術(shù)研究與再入段制導律研究。主要研究內(nèi)容包含以下兩方面:第一,開展飛行器多約束下的軌跡優(yōu)化技術(shù)研究:本文針對三維空間的打擊任務,建立半速度坐標系下的六自由度再入運動方程。考慮飛行器滑翔飛行的任務需求以及飛行器軌跡設(shè)計的約束條件,包括動壓、過載、熱流及擬平衡滑翔等過程約束、終端約束以及控制量約束,確定飛行器安全再入走廊變界。建立升力式飛行器滑翔段軌跡優(yōu)化問題數(shù)學描述,開展基于高斯偽譜法的軌跡優(yōu)化研究,分別計算得到了滿足最大射程、平衡滑翔約束條件下的最優(yōu)彈道,并對飛行器飛行性能進行了分析。為提高彈道優(yōu)化效率,采用規(guī)劃與優(yōu)化相結(jié)合的思想,針對帶有固定末速的軌跡優(yōu)化問題開展研究。利用貝塞爾曲線表征飛行路徑,得到空間內(nèi)滿足端點位置與角度約束光滑可飛的三維軌跡。進一步通過逆動力學方法得到路徑信息與控制量及速度的關(guān)系,將無限維的飛行器軌跡優(yōu)化問題轉(zhuǎn)化為較少的曲線造型參數(shù)優(yōu)化問題,得到滿足路徑約束的可行彈道,實現(xiàn)快速優(yōu)化。利用優(yōu)化得到的參數(shù)與實時飛行器狀態(tài)設(shè)計制導律,通過逆動力學反推即時控制量指令,能夠以期望末速實現(xiàn)精確再入。第二,為保證滑翔段安全飛行、減輕俯沖段制導壓力,實現(xiàn)高精度再入制導,本文開展標準軌跡跟蹤制導律研究。針對常規(guī)狀態(tài)相關(guān)Riccati方程(SDRE)制導律的動態(tài)響應問題,本文在常規(guī)SDRE性能指標中引入導數(shù)項得到改進SDRE跟蹤制導律,該方法能夠有效改善系統(tǒng)的動態(tài)響應特性,在保證較小超調(diào)量的同時加快了收斂速度。進一步針對該方法的高敏感性問題,引入積分滑模,設(shè)計最優(yōu)積分滑模跟蹤制導律,在獲取最優(yōu)性能的同時提高了系統(tǒng)的魯棒性。針對改進SDRE控制解算困難,對模型要求較高等問題,本文開展了時變滑模跟蹤制導律研究。采用指數(shù)時變滑模設(shè)計滑翔段跟蹤制導律實現(xiàn)對標稱軌跡的精確跟蹤,同時確保了了全局滑模;針對切換增益參數(shù)取值的權(quán)衡問題,采用自適應算法對滑模切換增益實現(xiàn)在線調(diào)節(jié),在保證跟蹤精度的前提下解決了由于取值保守帶來的控制抖振現(xiàn)象。針對自適應指數(shù)時變滑模難以保證系統(tǒng)誤差有限設(shè)定時間收斂的問題,設(shè)計自適應多項式型有限時間時變滑模,建立了全局滑模動態(tài),能得到解析的狀態(tài)變化軌跡,實現(xiàn)了誤差在設(shè)定時間的收斂。
【關(guān)鍵詞】：升力式再入飛行器 軌跡優(yōu)化 逆動力學 貝塞爾曲線 跟蹤制導律 SDRE 滑�？刂� 全局滑模 有限時間收斂
【學位授予單位】：北京理工大學
【學位級別】：碩士
【學位授予年份】：2016
【分類號】：V249
【目錄】：

• 摘要5-7
• Abstract7-12
• 第1章 緒論12-26
• 1.1 本論文研究的目的和意義12-13
• 1.2 再入飛行器軌跡優(yōu)化技術(shù)綜述13-19
• 1.2.1 軌跡優(yōu)化問題轉(zhuǎn)換方法概述14-18
• 1.2.2 參數(shù)優(yōu)化數(shù)值方法概述18-19
• 1.3 再入飛行器制導方法國內(nèi)外研究進展19-24
• 1.3.1 標準軌跡制導律20-22
• 1.3.2 預測-校正制導22-23
• 1.3.3 基于逆動力學的制導律設(shè)計23-24
• 1.4 論文主要工作24-26
• 第2章 再入飛行器數(shù)學模型研究26-38
• 2.1 引言26
• 2.2 常用坐標系及轉(zhuǎn)換關(guān)系26-30
• 2.2.1 常用坐標系定義26-27
• 2.2.2 常用坐標系轉(zhuǎn)換27-30
• 2.3 飛行器三自由度質(zhì)心運動學模型30-37
• 2.3.1 基本再入飛行器運動方程30-31
• 2.3.2 半速度坐標系下的質(zhì)心動力學方程建立31-35
• 2.3.3 再入走廊的確立及目標函數(shù)35-37
• 2.4 本章小結(jié)37-38
• 第3章 基于偽譜法的再入軌跡優(yōu)化規(guī)劃技術(shù)38-66
• 3.1 引言38
• 3.2 基于Gauss偽譜法的軌跡優(yōu)化方法38-51
• 3.2.1 Gauss偽譜法求解最優(yōu)控制問題的一般描述39-41
• 3.2.2 飛行器滑翔段再入軌跡優(yōu)化問題41-51
• 3.3 Gauss偽譜法與貝塞爾曲線規(guī)劃相結(jié)合的軌跡生成51-64
• 3.3.1 貝塞爾曲線52-53
• 3.3.2 逆動力學基本思想53
• 3.3.3 基于Bezier曲線的彈道造型53-57
• 3.3.4 采用Bezier曲線軌跡規(guī)劃的帶末速約束滑翔段制導律研究57-64
• 3.4 本章小結(jié)64-66
• 第4章 基于SDRE的積分滑�；瓒胃欀茖稍O(shè)計66-92
• 4.1 引言66-67
• 4.2 改進LQR控制器設(shè)計67-70
• 4.3 基于改進SDRE（ISDRE）的最優(yōu)積分滑�？刂�70-84
• 4.3.1 改進SDRE（ISDRE）控制律設(shè)計70-77
• 4.3.2 基于改進SDRE（ISDRE）的積分滑�？刂�77-79
• 4.3.3 仿真分析79-84
• 4.4 ISDRE制導律設(shè)計84-89
• 4.4.1 數(shù)值仿真86-89
• 4.5 本章小結(jié)89-92
• 第5章 時變滑�；瓒胃欀茖稍O(shè)計92-108
• 5.1 引言92-93
• 5.2 自適應指數(shù)時變滑模控制93-102
• 5.2.1 指數(shù)時變滑�？刂�93-95
• 5.2.2 自適應指數(shù)時變滑模控制95-97
• 5.2.3 仿真驗證97-102
• 5.3 自適應有限時間時變滑模制導律設(shè)計102-107
• 5.3.1 仿真驗證105-107
• 5.4 小結(jié)107-108
• 總結(jié)與展望108-112
• 參考文獻112-122
• 攻讀學位期間發(fā)表論文與研究成果清單122-124
• 致謝124

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本文編號：909217