隨著現(xiàn)代軍事科技的不斷進(jìn)步,高超聲速飛行器技術(shù)已成為世界各國爭相研究的熱點。飛行器控制系統(tǒng)的穩(wěn)定是飛行器安全飛行的關(guān)鍵,高超聲速飛行器具有強耦合、強非線性和快時變的氣動特性,傳統(tǒng)的控制方法僅僅根據(jù)當(dāng)前的飛行參考信息設(shè)計控制器,系統(tǒng)會出現(xiàn)輸出延時現(xiàn)象,然而,在一定飛行范圍內(nèi),其部分未來外界干擾和目標(biāo)信息是能夠提前預(yù)知的,因此,如何有效利用這些已知的未來信息設(shè)計控制器,使其飛行器能夠穩(wěn)定飛行是當(dāng)前重中之重。其主要內(nèi)容如下:1.首先根據(jù)牛頓第二定律和動量矩定理建立了高超聲速飛行器的運動方程組,然后在一定的條件假設(shè)下得出了高超聲速飛行器的縱向模型,最后基于小擾動線性化原理,建立了高超聲速飛行器在平衡點處的線性模型,為后續(xù)控制器的設(shè)計打下基礎(chǔ)。2.針對高超聲速飛行器控制問題,設(shè)計了具有前饋補償功能的最優(yōu)預(yù)見控制器�；谛_動線性化模型,首先利用高超聲速飛行器已知的未來高度信息、速度信息以及未來干擾信息構(gòu)造擴大誤差系統(tǒng);然后基于最優(yōu)調(diào)節(jié)方法求得最優(yōu)預(yù)見控制律;最后以高超聲速飛行器縱向模型為仿真對象,以平衡點為起始條件對其進(jìn)行仿真驗證,并通過與最優(yōu)控制器作對比,表明了該控制器的優(yōu)越性。3.針對高超聲... 

【文章來源】：蘭州理工大學(xué)甘肅省

【文章頁數(shù)】：82 頁

【學(xué)位級別】：碩士

【部分圖文】：

機體坐標(biāo)系和速度坐標(biāo)系

高超聲速飛行器預(yù)見控制研究30圖2.4高超聲速飛行器線性擾動模型零極點分布圖如圖2.4所示，系統(tǒng)(2.75)有5個極點，分別為：-0.8270，0.7148，-0.000001+0029i,0.000001-0.0029i,8.4975e-16。顯然，由于正極點的存在，使得系統(tǒng)處于不穩(wěn)定狀態(tài)。其中極點-0.8270為系統(tǒng)穩(wěn)定的短周期模態(tài)極點，極點-0.000001+0.0029i,-0.000001-0.0029i為兩個穩(wěn)定的長周期模態(tài)極點，而且離虛軸很近，處于臨界穩(wěn)定狀態(tài)。2.8本章小結(jié)本章主要介紹了高超聲速飛行器運動模型的建立過程，首先建立了常用坐標(biāo)，并且討論了坐標(biāo)系之間的轉(zhuǎn)換關(guān)系，然后根據(jù)牛頓第二定律和動量矩定律，通過坐標(biāo)系以及坐標(biāo)系之間的轉(zhuǎn)換關(guān)系，將飛行器上的空氣動力、空氣動力矩、推力和重力等投影在同一坐標(biāo)系上，建立了飛行器動力學(xué)運動方程組，緊接著建立了飛行器繞質(zhì)心運動和繞質(zhì)心轉(zhuǎn)動運動學(xué)方程組，最后針對高超聲速飛行器縱向運動方程組,基于小擾動線性化原理,在平衡條件下建立了小擾動線性化模型。本章飛行器縱向模型的建立為后文對飛行器高度和速度控制和仿真驗證奠定了基矗

高超聲速飛行器預(yù)見控制研究3810trimqrads，0.1762trim,()0.0069ztrimrad,取離散周期為T0.01s,仿真時間為50s,預(yù)見步數(shù)為20，假定從零時刻起其速度階躍信號為1100fts，高度階躍信號為200ft，已知干擾信號：0.001*sin(k/5)()0.005*sin(k/10)dk,取其加權(quán)矩陣：10.2((1,5))eQdiagones，11eQQ000，120000200H。其仿真結(jié)果如圖所示：圖3.4高超聲速飛行器飛行速度V響應(yīng)曲線圖3.5高超聲速飛行器飛行高度h響應(yīng)曲線圖3.4~3.5為最優(yōu)預(yù)見控制器對高超聲速飛行器高度和速度的控制效果，圖3.4中虛線表示高超聲速飛行器的期望飛行速度，實線表示在最優(yōu)預(yù)見控制方法下飛行器的實際飛行速度，由圖可知，高超聲速飛行器的飛行速度在在5s內(nèi)達(dá)到了穩(wěn)定，且超調(diào)為零。圖3.5中虛線表示高超聲速飛行器的期望飛行高度，實線表示在最優(yōu)預(yù)見控制方法下飛行器的實際飛行高度，由圖可知其飛行高度在30s左右達(dá)到了穩(wěn)定，并且跟蹤上了期望的飛行高度，其超調(diào)為0，但調(diào)節(jié)時間較長。圖3.6和3.7是高超聲速飛行器控制輸入閥門開度和舵偏角曲線，由圖可知，雖然都在5s內(nèi)快速達(dá)到穩(wěn)定,但都存在超調(diào)，而且圖3.6飛行器閥門開度的變化范圍太大，有超出合理范圍的可能。

【參考文獻(xiàn)】：
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碩士論文
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本文編號：3599865