發(fā)布時(shí)間：2018-01-08 21:11

  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(lèi)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(guò)程中具有強(qiáng)非線(xiàn)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(lái)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(kāi)研究,提出適用于此類(lèi)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(wèn)題給出合理的解決方案。通過(guò)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(kāi)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(guò)對(duì)高超聲速飛行條件下,模型的耦合性、非線(xiàn)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(xiàn)角速度信息過(guò)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(wèn)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(xiàn)角速度信息與系統(tǒng)不確定性信息,從而降低視線(xiàn)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(wèn)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(guò)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(guò)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(xiàn)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(wèn)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(xiàn)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(xiàn)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(xiàn)性及耦合性引起的控制精度差的問(wèn)題。隨著對(duì)系統(tǒng)耦合因素考慮更多,可以減少過(guò)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(zhuān)家評(píng)估來(lái)輔助優(yōu)化,為了解決群組專(zhuān)家性能評(píng)估的問(wèn)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(lái)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(lèi)號(hào)】：V448

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本文編號(hào)：1398678