高超声速飞行器建模与轨迹跟踪控制方法

发布时间：2017-01-20 12:50

  本文关键词：高超声速飞行器建模与轨迹跟踪控制方法，由笔耕文化传播整理发布。

《哈尔滨工业大学》 2014年

高超声速飞行器建模与轨迹跟踪控制方法

陈志华  

【摘要】：高超声速飞行器是一种不同于传统航空航天器的特殊飞行器，具有飞行速度高的突出特点。与其相关的高超声速技术的不断发展必定对未来的军事武器领域和民用商业领域产生重要深远的影响。高超声速飞行器飞行环境复杂，采用细长形状的整体结构设计，分析表明高超声速飞行器的开环动力学特性不稳定，且其刚体动力学与结构动力学之间存在严重的耦合，还存在着各种不可知的不确定因素。 本文详细推导了高超声速飞行器的一般模型，其中包括刚性动力学和弹性模态坐标动力学部分，保留一般模型的弹性模态坐标方程并做适当简化，在一组平衡点处进行线性化求出了系统的传输零点和极点，根据传输零点和极点分布分析了飞行器的动力学特性。 对高超声速飞行器刚体模型进行输入输出线性化处理，，得到了解耦的线性模型，采用得到的线性模型分别设计了基于极点配置方法和基于LQR最优控制方法的动态逆控制策略。在不存在扰动的情形下的数值仿真表明两种动态逆控制方法能实现轨迹跟踪控制目的。同样针对轨迹跟踪控制问题，设计了常规积分滑模，常规滑模，有限时间积分滑模，二阶终端滑模方法，仿真表明有限时间积分滑模控制对扰动具有一定的的鲁棒性，二阶终端滑模控制比常规滑模控制具有更快的调节速度和更高的控制精度。针对扰动情形，进一步设计了滑模扰动观测器进行估计，最终设计了带滑模扰动观测器的二阶终端滑模控制器，在有扰动情形下，通过与不带滑模扰动观测器情况的仿真对比，表明带滑模扰动观测器的二阶终端滑模控制方法比不带的时候的轨迹跟踪精度更高，调节速度更快。 考虑弹性振动减弱控制问题，采用包含刚体动力学与弹性模态坐标动力学的高超声速飞行器弹性模型，只对刚体动力学部分设计了常规滑模控制器，求解弹性模态坐标仿真得到了第一二阶弹性模态坐标曲线。接着在俯仰角速率反馈回路中设计了陷波滤波器，数值仿真表明陷波滤波器能在一定程度上减弱弹性模态坐标的幅值。针对实际控制系统中状态量攻角和航迹角难以测量的问题，设计了滑模状态观测器来进行估计，仿真表明滑模状态观测器能快速准确地估计出攻角和航迹角值。

【关键词】：
【学位授予单位】：哈尔滨工业大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2014
【分类号】：V249
【目录】：

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1 李惠峰;王健;;基于遗传算法的高速飞行器模糊控制律设计[J];北京航空航天大学学报;2008年11期

2 宋超;赵国荣;李海君;;临近空间高超声速飞行器自适应反演滑模控制[J];弹箭与制导学报;2012年03期

3 李静;左斌;段洣毅;张俊;;输入受限的吸气式高超声速飞行器自适应Terminal滑模控制[J];航空学报;2012年02期

4 鹿存侃;闫杰;杨淑君;钟都都;;基于模型参考的高超声速飞行器自适应滑模控制[J];计算机测量与控制;2009年07期

5 黄琳;段志生;杨剑影;;近空间高超声速飞行器对控制科学的挑战[J];控制理论与应用;2011年10期

6 唐硕;祝强军;;吸气式高超声速飞行器动力学建模研究进展[J];力学进展;2011年02期

7 Ruimin ZHANG;Changyin SUN;Jingmei ZHANG;Yingjiang ZHOU;;Second-order terminal sliding mode control for hypersonic vehicle in cruising flight with sliding mode disturbance observer[J];Journal of Control Theory and Applications;2013年02期

8 ZHANG Chao;CHEN ZongJi;WEI Chen;;Sliding mode disturbance observer-based backstepping control for a transport aircraft[J];Science China(Information Sciences);2014年05期

9 谭湘敏;易建强;赵冬斌;郝银星;;高超声速飞行器轨迹跟踪控制仿真研究[J];系统仿真学报;2011年04期

10 ;Reference tracking control for flexible air-breathing hypersonic vehicle with actuator delay and uncertainty[J];Journal of Systems Engineering and Electronics;2011年01期

中国博士学位论文全文数据库 前2条

1 李鹏;传统和高阶滑模控制研究及其应用[D];国防科学技术大学;2011年

2 秦昌茂;高超声速飞行器分数阶PID及自抗扰控制研究[D];哈尔滨工业大学;2011年

【共引文献】

中国期刊全文数据库 前10条

1 黄喜元;王青;董朝阳;;基于动态逆的高超声速飞行器鲁棒自适应控制[J];北京航空航天大学学报;2011年05期

2 尹永鑫;杨明;王子才;;导弹三维制导控制一体化设计[J];电机与控制学报;2010年03期

3 武国辉;范宁军;王正杰;何乐;;基于小型飞行器的动态逆控制方法研究[J];弹箭与制导学报;2008年03期

4 白晶;李华德;王忠礼;;不同解耦方案对变频调速系统性能影响[J];辽宁工程技术大学学报;2006年05期

5 黄伟;夏智勋;;美国高超声速飞行器技术研究进展及其启示[J];国防科技;2011年03期

6 宋智广;李凤明;;主动约束层阻尼对超声速梁结构颤振特性的影响[J];固体力学学报;2010年S1期

7 李凤明;陈照波;崔玉波;;采用压电材料提高超声速飞行器壁板结构的颤振特性[J];固体力学学报;2011年S1期

8 吴坤;范金锁;张合新;夏朝辉;;基于高阶滑模的新型干扰观测器设计[J];弹箭与制导学报;2012年04期

9 张园园;胡杨;刘志敏;李仁府;;高超声速飞行器高阶滑模控制器设计[J];飞行力学;2012年05期

10 张园园;胡杨;刘志敏;李仁府;;基于Quasi-continuous高阶滑模理论的高超声速飞行器控制[J];飞机设计;2012年03期

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1 宋智广;李凤明;黄文虎;;主动约束层阻尼对超声速梁结构颤振特性的影响[A];中国计算力学大会'2010（CCCM2010）暨第八届南方计算力学学术会议（SCCM8）论文集[C];2010年

2 曹健;张平;;采用扩展线性化方法设计高超声速飞行器飞控系统[A];第13届中国系统仿真技术及其应用学术年会论文集[C];2011年

3 孟斌;;基于特征模型的高超声速飞行器控制研究进展[A];第26届中国控制与决策会议论文集[C];2014年

4 龚宇莲;孟斌;;高超声速飞行器类X20反馈线性化控制研究[A];第26届中国控制与决策会议论文集[C];2014年

5 杨智玲;孟斌;孙洪飞;;高超声速飞行器鲁棒自适应跟踪控制[A];第26届中国控制与决策会议论文集[C];2014年

6 李公军;;吸气式高超声速飞行器巡航段控制研究现状及展望[A];第26届中国控制与决策会议论文集[C];2014年

7 马建军;郑志强;耿丽娜;;飞行控制发展研究[A];2010-2011控制科学与工程学科发展报告[C];2011年

8 马建军;郑志强;耿丽娜;李鹏;郭鸿武;鲁兴举;;飞行控制发展研究[A];2012-2013控制科学与工程学科发展报告[C];2014年

中国博士学位论文全文数据库 前10条

1 姚照辉;考虑飞/推耦合特性的超燃冲压发动机控制方法研究[D];哈尔滨工业大学;2010年

2 都延丽;近空间飞行器姿态与轨迹的非线性自适应控制研究[D];南京航空航天大学;2010年

3 刘栋良;永磁同步电机伺服系统非线性控制策略的研究[D];浙江大学;2005年

4 袁长清;多体航天器大角度机动控制研究[D];清华大学;2009年

5 葛卫清;双丝脉冲MIG焊熔滴过渡分数阶控制的研究[D];华南理工大学;2012年

6 贺乃宝;近空间飞行器抗干扰鲁棒飞行控制研究[D];南京航空航天大学;2011年

7 许域菲;近空间飞行器非线性容错控制技术研究[D];南京航空航天大学;2011年

8 高志峰;复杂系统的容错控制技术及其在近空间飞行器中的应用研究[D];南京航空航天大学;2011年

9 石米娜;基于压力控制的轮腿式越野车辆自适应液压主动悬架研究[D];吉林大学;2012年

10 赵海;超声速流中壁板的颤振及其抑制[D];哈尔滨工业大学;2013年

中国硕士学位论文全文数据库 前10条

1 付风玉;矩阵与一类飞行器控制设计[D];哈尔滨工业大学;2010年

2 孙兆兴;高超声速导弹复合控制方法[D];哈尔滨工业大学;2011年

3 张莹;基于近空间飞行器纵向解耦模型的鲁棒容错控制方法研究[D];南京理工大学;2012年

4 严华芬;非线性预测与控制方法在温度控制中的应用研究[D];中北大学;2012年

5 杜金刚;基于动态逆方法的飞行控制系统设计与仿真[D];西北工业大学;2006年

6 李园;非线性系统的模糊模型预测控制[D];浙江大学;2005年

7 张忠蕾;电力电子控制的电动机操动机构动态特性的仿真研究[D];山东大学;2006年

8 于洁;鲁棒近似反馈线性化方法及其在HVDC系统中的应用[D];青岛科技大学;2008年

9 鲁波;高超声速飞行器高精度/高带宽纵向控制律的基础研究[D];南京航空航天大学;2008年

10 常远;液压系统非线性控制方法的研究[D];天津大学;2008年

【二级参考文献】

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1 张邦楚;朱纪洪;潘书山;王少锋;;Using Fractional-order PI~λD~μ Controller for Control of Aerodynamic Missile[J];Journal of China Ordnance;2006年02期

2 吴振辉;董朝阳;;直接力/气动力复合控制导弹自适应模糊滑模控制[J];北京航空航天大学学报;2007年09期

3 黎科峰;宋剑爽;任章;张庆振;;基于模糊逻辑的再入RCS控制方法[J];北京航空航天大学学报;2008年12期

4 李惠峰;王健;孙文冲;;基于遗传算法的高速飞行器滑模控制律设计[J];北京航空航天大学学报;2009年09期

5 徐大军;蔡国飙;;高超声速飞行器关键技术量化评估方法[J];北京航空航天大学学报;2010年01期

6 黄喜元;王青;董朝阳;;基于动态逆的高超声速飞行器鲁棒自适应控制[J];北京航空航天大学学报;2011年05期

7 朱承元;杨涤;李顺利;;用户卫星天线跟踪指向自抗扰控制方法[J];北京理工大学学报;2006年01期

8 汪纪锋;;Frequency domain stability criteria for fractional-order control systems[J];Journal of Chongqing University;2006年01期

9 鲁宇;朱广生;蔡巧言;杨勇;;航天运输系统及再入飞行器中的高超声速技术[J];导弹与航天运载技术;2007年06期

10 李彬;邵汉永;姜长生;;空天飞行器姿态运动的模糊滑模鲁棒控制研究[J];电光与控制;2008年10期

【相似文献】

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1 王佩广;刘永绩;王浚;;高超声速飞行器综合热管理系统方案探讨[J];中国工程科学;2007年02期

2 韩东;方磊;;基于欧拉方程的高超声速飞行器的壁面流线生成计算[J];航空动力学报;2008年12期

3 舒天;;掠过水面的“黑雨燕” 美国加快高超声速飞行器的研制计划[J];国际航空;2008年04期

4 孙兆虎;;高超声速飞行器结构热问题讨论[J];航空科学技术;2008年03期

5 高建力;唐硕;车竞;江志国;;高超声速飞行器参数化几何建模研究[J];计算机仿真;2008年02期

6 周张华;聂万胜;;高超声速飞行器动力巡航影响因素分析[J];导弹与航天运载技术;2008年01期

7 周浩;陈万春;殷兴良;;高超声速飞行器多段弹道优化设计[J];宇航学报;2008年04期

8 马辉;袁建平;方群;;高超声速飞行器最优周期巡航轨迹优化[J];飞行力学;2008年04期

9 张军;毕贞法;邵晓巍;;一种高超声速飞行器的非线性再入姿态控制方法[J];空间控制技术与应用;2008年04期

10 孟中杰;陈凯;黄攀峰;闫杰;;高超声速飞行器机体/发动机耦合建模与控制[J];宇航学报;2008年05期

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1 阎超;;未来的飞行器——高超声速飞行器发展展望[A];新世纪 新机遇 新挑战——知识创新和高新技术产业发展（下册）[C];2001年

2 严玲玲;李少远;;高超声速飞行器的预测控制和可视化仿真[A];中国自动化学会控制理论专业委员会D卷[C];2011年

3 姚照辉;鲍文;;高超声速飞行器调节/保护多模式切换控制方法[A];第二十九届中国控制会议论文集[C];2010年

4 庄益夫;陈洁;潘长鹏;;一类高超声速飞行器的建模及非线性控制[A];中国自动化学会控制理论专业委员会A卷[C];2011年

5 贺杰;郑德斋;;高超声速飞行器的特点及关键技术研究[A];第九届长三角科技论坛——航空航天科技创新与长三角经济转型发展分论坛论文集[C];2012年

6 鲍文;姚照辉;常军涛;于达仁;唐井峰;;高超声速飞行器耦合动力学建模问题探讨[A];第二届高超声速科技学术会议会议日程及摘要集[C];2009年

7 鲍文;姚照辉;;高超声速飞行器调节/保护多模式切换控制方法[A];第二届高超声速科技学术会议会议日程及摘要集[C];2009年

8 谭湘敏;易建强;范国梁;;高超声速飞行器飞行特性分析及其控制研究[A];第二届高超声速科技学术会议会议日程及摘要集[C];2009年

9 谭湘敏;易建强;范国梁;;高超声速飞行器滑模自适应控制研究[A];第三届高超声速科技学术会议会议文集[C];2010年

10 孙未蒙;张靖男;郑志强;;高超声速飞行器控制技术的几个增长点[A];中国航空学会控制与应用第十二届学术年会论文集[C];2006年

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1 徐晖;[N];中国航空报;2009年

2 本报记者 陈龙　通讯员 王二强;[N];中国航天报;2012年

中国博士学位论文全文数据库 前10条

1 王倩;高超声速飞行器飞行控制系统设计方法与仿真研究[D];复旦大学;2011年

2 葛东明;临近空间高超声速飞行器鲁棒变增益控制[D];哈尔滨工业大学;2011年

3 张红梅;高超声速飞行器的建模与控制[D];天津大学;2012年

4 刘燕斌;高超声速飞行器建模及其先进飞行控制机理的研究[D];南京航空航天大学;2007年

5 罗世彬;高超声速飞行器机体/发动机一体化及总体多学科设计优化方法研究[D];国防科学技术大学;2004年

6 车竞;高超声速飞行器乘波布局优化设计研究[D];西北工业大学;2007年

7 李晓宇;高超声速飞行器一体化布局气动外形设计[D];国防科学技术大学;2007年

8 王俊;高超声速飞行器气动热烧蚀预测与控制研究[D];华南理工大学;2013年

9 金亮;高超声速飞行器机体/发动机一体化构型设计与性能研究[D];国防科学技术大学;2008年

10 刘双;高超声速飞行器热防护系统主动冷却机制与效能评估[D];哈尔滨工业大学;2010年

中国硕士学位论文全文数据库 前10条

1 赵彪;高超声速飞行器技术发展研究[D];哈尔滨工业大学;2010年

2 朱艳明;高超声速飞行器的非线性控制[D];东北大学;2009年

3 黄广;高超声速飞行器残差自调节高精度控制算法研究[D];哈尔滨工业大学;2013年

4 安昊;高超声速飞行器建模及控制方法研究[D];哈尔滨工业大学;2013年

5 鲁波;高超声速飞行器高精度/高带宽纵向控制律的基础研究[D];南京航空航天大学;2008年

6 赵红;高超声速飞行器跳跃飞行轨道优化研究[D];哈尔滨工业大学;2008年

7 霍俊焱;高超声速飞行器动力学建模[D];天津大学;2009年

8 刘龙霞;高超声速飞行器中圆柱类贮箱液固耦合动力学研究[D];天津大学;2009年

9 华晨;高超声速飞行器纵向通道的预测控制器设计及可视化仿真[D];上海交通大学;2011年

10 苏大亮;高超声速飞行器热结构设计与分析[D];西北工业大学;2006年

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