具有异类冗余执行机构的飞行器控制分配研究

发布时间：2020-06-02 14:04

【摘要】：本文以具有异类冗余执行机构的高超声速飞行器作为研究对象,对其再入飞行阶段姿态控制中气动舵面与反作用控制系统(RCS)的控制量分配进行研究与分析。首先,考虑到现有的控制分配算法大多假设执行机构偏转与控制力矩之间为静态关系,且忽略控制分配器与执行机构的交互影响对控制的有效性产生严重后果,提出一种动态控制分配新方法,将执行机构动态性信息加入有约束二次规划的静态控制分配中,并将问题转化为基于线性矩阵不等式的目标函数最小化问题,以达到提高控制分配精度与有效性的目的。其次,在动态控制分配的基础上,考虑执行机构饱和时混合优化控制分配效率低的情况,针对上层姿态反步控制器得到的期望控制力矩指令,提出一种变权值的动态控制分配策略。以权值变换矩阵为参数,将非线性混合优化控制分配律线性化,分别建立忽略和包含执行机构动态性的变权值控制分配线性矩阵不等式优化模型,以保证执行机构冗余控制效能的充分发挥。最后,为最大限度的利用气动舵面,减小RCS的燃料消耗,并保证系统的故障重构能力,针对基于反步法设计的上层离散姿态控制器得到的期望控制力矩指令,提出一种混合规划容错控制分配方法。气动舵面与RCS之间的力矩采用链式递增分配,而各气动舵面之间的控制分配采用二次规划求解,考虑到RCS具有离散的工作特性,RCS间的力矩分配转化为各喷管开关的0-1整数线性规划进行求解。并在此基础上,基于观测器估计出的故障信息来设计容错控制分配策略,使得系统在故障情况下仍旧保持稳定。
【图文】：

具有异类冗余执行机构的飞行器控制分配研究、气动舵面之间及 RCS 之间的控制量分配研究是高超声速飞行器再入段姿态控制中的一个问题。本文主要运用的技术手段——控制分配技术是解决过驱动控制系统中控制量分配问题的一效方法，也是近年来受国内外学者关注比较多的问题。控制分配技术通过解算基于多目标的有约束的性能指标函数，寻找各执行机构的最优组合，实现三轴控制力矩与相应执行机动量之间的转换[5]。而高超声速飞行器中涉及的异类冗余执行机构——气动舵面与RCS，者在控制输入量以及工作特性上存在本质差异，因此，，气动舵面与RCS在复合情况下的控配技术有待进一步地探索和创新。

具有异类冗余执行机构的飞行器控制分配研究、气动舵面之间及 RCS 之间的控制量分配研究是高超声速飞行器再入段姿态控制中的一个问题。本文主要运用的技术手段——控制分配技术是解决过驱动控制系统中控制量分配问题的一效方法，也是近年来受国内外学者关注比较多的问题。控制分配技术通过解算基于多目标的有约束的性能指标函数，寻找各执行机构的最优组合，实现三轴控制力矩与相应执行机动量之间的转换[5]。而高超声速飞行器中涉及的异类冗余执行机构——气动舵面与RCS，者在控制输入量以及工作特性上存在本质差异，因此，气动舵面与RCS在复合情况下的控配技术有待进一步地探索和创新。
【学位授予单位】：南京航空航天大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2018
【分类号】：V249.1

【参考文献】

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1 何晶晶;齐瑞云;姜斌;;基于气动舵面和RCS融合控制的高超声速飞行器再入姿态容错控制[J];计算机辅助工程;2015年03期

2 黄

本文编号：2693268