基于高超声速飞行器纵向模型的H_∞及抗饱和鲁棒控制研究

发布时间：2017-03-17 11:04

  本文关键词：基于高超声速飞行器纵向模型的H_∞及抗饱和鲁棒控制研究，，由笔耕文化传播整理发布。

【摘要】： 高超声速飞行器技术是近空间探索领域中的一个全新研究课题,针对复杂的飞行环境和特殊任务需要,如何有效地设计飞行控制系统是整个航天活动成败的一个关键问题。本文以某通用高超声速飞行器纵向模型为研究对象,主要就影响飞行性能的干扰与饱和非线性两大制约因素进行了相关控制研究。 首先,研究了高超声速飞行器纵向模型及其稳定性问题。通过求取飞行包线内某一平衡态以获得线性化模型,验证了国外公开的通用高超声速飞行器模型的合理性。针对线性化模型,分析了飞行器开环特性,并设计了极点配置控制以分析高超声速飞行器闭环系统稳定性。 其次,基于定直飞行下的高超声速飞行器纵向开环线性模型,研究了存在不确定性干扰的鲁棒控制问题。针对外界干扰的不同情形,分别设计了LQG与H_∞鲁棒控制器,并对两种方法进行了比较,仿真表明,抑制有界干扰效果后者要优于前者。 最后,基于定直飞行下的高超声速飞行器纵向开环线性模型,采用LQR与抗饱和补偿器相结合的设计思路,研究了存在输入饱和非线性的抗饱和控制问题。LQR控制器的设计保证无饱和非线性的标称闭环系统性能,而当饱和产生时,抗饱和补偿器通过在线修正反馈项使得控制器的输出工作在线性区域,从而保持了系统的性能输出且能提供一定的鲁棒性能。仿真验证了设计方法的有效性。
【关键词】：高超声速飞行器 线性化 LQG控制 H_∞鲁棒控制 抗饱和控制
【学位授予单位】：南京理工大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2008
【分类号】：V448.2
【目录】：

• 摘要3-4
• Abstract4-5
• 目录5-7
• 1 绪论7-13
• 1.1 研究背景和意义7
• 1.2 高超声速飞行器研究现状7-10
• 1.2.1 国外研究现状7-10
• 1.2.2 国内研究现状10
• 1.3 高超声速飞行器控制研究概述10-12
• 1.4 本文的主要内容12-13
• 2 高超声速飞行器的建模与模型分析13-22
• 2.1 引言13
• 2.2 飞行力学基本概念13-14
• 2.2.1 常用坐标系定义13-14
• 2.2.2 常用角度定义14
• 2.3 高超声速飞行器基本结构与参数14-15
• 2.4 高超声速飞行器运动方程15-18
• 2.5 各个子模型18-21
• 2.5.1 标准大气模型18-19
• 2.5.2 空气动力和力矩模型19-20
• 2.5.3 发动机和推力模型20-21
• 2.5.4 转动惯量模型21
• 2.6 本章小结21-22
• 3 高超声速飞行器模型线性化及极点配置设计22-32
• 3.1 引言22
• 3.2 高超声速飞行器纵向模型的线性化22-26
• 3.2.1 高超声速飞行器平衡态初始值的求取22-23
• 3.2.2 小扰动线性化23-26
• 3.3 高超声速飞行器纵向模型特性分析26-28
• 3.4 高超声速飞行器极点配置分析28-31
• 3.4.1 极点配置问题描述28
• 3.4.2 仿真算例28-31
• 3.5 本章小结31-32
• 4 高超声速飞行器鲁棒LQG及H_∞控制研究32-43
• 4.1 引言32
• 4.2 线性二次型Gauss控制32-36
• 4.2.1 问题描述32-33
• 4.2.2 LQG控制器设计33-34
• 4.2.3 仿真算例34-36
• 4.3 高超声速飞行器鲁棒H_∞的控制36-42
• 4.3.1 H_∞鲁棒控制问题36-38
• 4.3.2 H_∞干扰抑制问题描述38-40
• 4.3.3 仿真算例40-42
• 4.5 本章小结42-43
• 5 高超声速飞行器抗饱和非线性控制研究43-59
• 5.1 引言43
• 5.2 抗饱和非线性特性描述43-46
• 5.3 高超声速飞行器无饱和非线性特性的标称控制器设计46-50
• 5.3.1 基于LQR的标称闭环系统的设计46-48
• 5.3.2 仿真算例48-50
• 5.4 高超声速飞行器抗饱和控制设计50-57
• 5.4.1 指数不稳定l_2抗饱和补偿器实现描述50-53
• 5.4.2 高超声速飞行器抗饱和补偿器设计53-55
• 5.4.3 仿真算例55-57
• 5.5 本章小结57-59
• 6 结论与展望59-61
• 6.1 本文的主要工作59
• 6.2 工作展望59-61
• 致谢61-62
• 参考文献62-65

【参考文献】

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本文编号：252778