本文關(guān)鍵詞：高超聲速飛行器制導(dǎo)控制一體化設(shè)計(jì)方法　出處：《哈爾濱工業(yè)大學(xué)》2017年博士論文　論文類型：學(xué)位論文

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【摘要】：高超聲速飛行器具有飛行速度快、飛行空域廣且突防概率高等特點(diǎn),極具商業(yè)和軍事應(yīng)用價(jià)值。但是,高超聲速飛行器進(jìn)行俯沖運(yùn)動(dòng)過程中具有強(qiáng)非線性、強(qiáng)耦合性、快時(shí)變等特性,同時(shí)存在多種約束與不確定性影響,這給飛行器制導(dǎo)與控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)帶來很多困難。論文針對(duì)高超聲速飛行器的俯沖段制導(dǎo)與控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)方法展開研究,提出適用于此類特殊研究對(duì)象的制導(dǎo)控制一體化設(shè)計(jì)方法,為高超聲速飛行條件下凸顯出的特殊問題給出合理的解決方案。通過建立制導(dǎo)與姿態(tài)控制系統(tǒng)間協(xié)調(diào)的關(guān)系,實(shí)現(xiàn)精度更高、魯棒性更好的控制效果。論文主要開展以下的研究工作:論文首先構(gòu)建了高超聲速飛行器的數(shù)學(xué)模型,結(jié)合模型形式就高超聲速飛行器的特性進(jìn)行了分析。通過對(duì)高超聲速飛行條件下,模型的耦合性、非線性等因素的變化趨勢(shì)分析,闡明針對(duì)高超聲速飛行器進(jìn)行制導(dǎo)控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)的難點(diǎn)。由于高超聲速飛行器具有快時(shí)變特性,獲取視線角速度信息過程中產(chǎn)生的誤差以及系統(tǒng)存在的不確定性對(duì)系統(tǒng)影響變得更明顯。針對(duì)此問題首先提出一種狀態(tài)/擴(kuò)張狀態(tài)觀測(cè)器設(shè)計(jì)方法,該方法可以保證高階觀測(cè)器系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)全局有限時(shí)間穩(wěn)定;在此基礎(chǔ)上,又提出帶有狀態(tài)/擴(kuò)張觀測(cè)器的制導(dǎo)與控制系統(tǒng)一體化設(shè)計(jì)方法。所提出的狀態(tài)/擴(kuò)張狀態(tài)觀測(cè)器設(shè)計(jì)方法,由于對(duì)高階觀測(cè)器系統(tǒng)進(jìn)行整體考慮并加強(qiáng)觀測(cè)器子系統(tǒng)間的聯(lián)系,可有效改善觀測(cè)器性能,與制導(dǎo)控制一體化設(shè)計(jì)方法相結(jié)合可以快速估計(jì)并利用視線角速度信息與系統(tǒng)不確定性信息,從而降低視線角速度誤差以及系統(tǒng)不確定性產(chǎn)生的影響,提高系統(tǒng)的魯棒性。針對(duì)高超聲速飛行器快時(shí)變、多約束特性導(dǎo)致的狀態(tài)與控制輸入飽和問題,提出一種可以保證全局有限時(shí)間收斂的抗飽和制導(dǎo)控制一體化設(shè)計(jì)方法。以制導(dǎo)與控制一體化縱向平面設(shè)計(jì)模型為基礎(chǔ),首先提出全局有限時(shí)間制導(dǎo)控制一體化設(shè)計(jì)方法,通過令高階級(jí)聯(lián)系統(tǒng)中的子系統(tǒng)之間建立相互協(xié)調(diào)匹配的關(guān)系,保證子系統(tǒng)全局一致有限時(shí)間穩(wěn)定,進(jìn)而減少過度控制;然后對(duì)狀態(tài)與控制輸入飽和因素加以考慮,將設(shè)計(jì)方法進(jìn)一步改進(jìn)提出全局抗飽和制導(dǎo)控制一體化設(shè)計(jì)方法,考慮飽和因素的設(shè)計(jì)方法由于采用了嵌套抗飽和方法,將局部子系統(tǒng)產(chǎn)生的飽和影響由其它子系統(tǒng)共同配合進(jìn)行去飽和處理,最終實(shí)現(xiàn)全局抗飽和的控制效果,改善系統(tǒng)的魯棒性。針對(duì)高超聲速飛行器的強(qiáng)非線性、強(qiáng)耦合特性導(dǎo)致的三維制導(dǎo)控制系統(tǒng)控制精度不高的問題,提出分通道/考慮通道耦合的制導(dǎo)控制一體化設(shè)計(jì)方法。充分考慮質(zhì)心運(yùn)動(dòng)與繞質(zhì)心運(yùn)動(dòng)間的耦合關(guān)系,將飛行器非線性模型中的控制通道耦合關(guān)系近似忽略,分別在俯仰、滾轉(zhuǎn)、偏航三個(gè)通道提出制導(dǎo)控制一體化設(shè)計(jì)方法;在分通道設(shè)計(jì)方法的基礎(chǔ)上,以完整的飛行器三維非線性模型為基礎(chǔ),采用反步控制方法與動(dòng)態(tài)逆控制方法結(jié)合提出考慮通道耦合的制導(dǎo)控制一體化設(shè)計(jì)方法。兩種設(shè)計(jì)方法均能夠解決高超聲速飛行器非線性及耦合性引起的控制精度差的問題。隨著對(duì)系統(tǒng)耦合因素考慮更多,可以減少過度控制,進(jìn)一步提升終端精度。制導(dǎo)控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)方案通常需要群組專家評(píng)估來輔助優(yōu)化,為了解決群組專家性能評(píng)估的問題,提出一種面向制導(dǎo)控制系統(tǒng)的性能評(píng)估方法,同時(shí)設(shè)計(jì)并實(shí)現(xiàn)了仿真與性能評(píng)估綜合分析平臺(tái)來輔助分析設(shè)計(jì)方案。所提出的性能評(píng)估方法可以充分融合群組評(píng)估信息,降低奇異個(gè)體結(jié)論產(chǎn)生的影響,獲取更客觀評(píng)估結(jié)論;采用綜合分析平臺(tái)可便捷地實(shí)現(xiàn)仿真系統(tǒng)模型建立、試驗(yàn)設(shè)計(jì)、仿真試驗(yàn)以及性能評(píng)估,以提出的指標(biāo)綜合方法,基于仿真試驗(yàn)數(shù)據(jù)可以獲取相應(yīng)的評(píng)估結(jié)論;以三維制導(dǎo)控制一體化設(shè)計(jì)方法和制導(dǎo)與控制系統(tǒng)雙回路傳統(tǒng)設(shè)計(jì)方法為實(shí)例進(jìn)行評(píng)估分析,驗(yàn)證性能評(píng)估方法及綜合分析平臺(tái)的有效性。
[Abstract]:This paper presents a new design method for guidance and control system for hypersonic vehicles . In order to solve the problem of nonlinear and coupling of hypersonic vehicles , the paper presents a method for evaluating the performance of hypersonic vehicle , which can reduce over - control and further improve the accuracy of terminal .

【學(xué)位授予單位】：哈爾濱工業(yè)大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：博士
【學(xué)位授予年份】：2017
【分類號(hào)】：V448

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