高超声速飞行器再入制导及故障下轨迹重构技术研究
发布时间：2020-12-31 15:55
由于高超声速飞行器再入飞行的稳定性与安全性至关重要,再入段发生故障时亟需合适的容错方案,以保证飞行器的安全。本文以高超声速飞行器为研究对象,针对飞行器发生故障的情况,对高超声速飞行器再入制导与故障下轨迹重构技术做了一定的研究。首先,介绍了本课题的研究背景和意义,综述了国内外高超声速飞行器的发展现状。概述了本文研究的核心问题:再入制导问题,简要概述了目前高超声速飞行器再入制导技术、轨迹重构技术和制导控制一体化设计的研究现状,分析了已有成果中主要存在的问题。其次,针对高超声速飞行器再入制导模型,在满足一系列约束条件下,设计高超声速飞行器预测校正再入制导算法。为了解决制导算法采用固定攻角模型时故障下无法完成再入任务要求的局限,本文以过载作为中间变量,采用反馈线性化理论分别在横向和纵向上设计制导律,并增加横向机动策略实现速度的反馈控制,获得了非固定攻角和平滑的倾侧角指令,完成了高超声速飞行器再入制导任务,从而为故障下在线轨迹重构提供基本保障。再次,考虑高超声速飞行器故障下安全再入飞行问题,针对飞行器发生较大故障的情况,提出了基于相邻可行轨迹存在定理（NFTET）的鲁棒在线轨迹重构算法。在标称情...
【文章来源】：南京航空航天大学江苏省 211工程院校
【文章页数】：80 页
【学位级别】：硕士
【文章目录】：
摘要
abstract
注释表
缩略词
第一章 绪论
1.1 课题背景及研究意义
1.2 高超声速飞行器发展现状
1.2.1 国外发展现状
1.2.2 国内发展现状
1.3 再入制导及轨迹重构研究现状
1.3.1 再入制导问题
1.3.2 再入制导方法研究现状
1.3.3 再入轨迹重构研究现状
1.3.4 制导控制一体化研究现状
1.4 存在的问题
1.5 本文研究内容与章节安排
第二章 高超声速飞行器再入段运动模型介绍
2.1 引言
2.2 再入运动模型
2.2.1 再入制导模型
2.2.2 再入姿态模型
2.2.3 气动力模型
2.3 再入约束条件
2.3.1 路径约束
2.3.2 终端约束
2.3.3 控制约束
2.3.4 再入飞行走廊分析
2.4 故障与扰动模型
2.4.1 故障模型
2.4.2 扰动模型
2.5 再入制导与轨迹重构目标
2.6 本章小结
第三章 基于反馈线性化的高超声速飞行器预测校正再入制导
3.1 引言
3.2 再入约束转换
3.3 再入制导律设计
3.3.1 纵向制导律设计
3.3.2 横向制导律设计
3.3.3 终端速度反馈设计
3.3.4 获取制导指令
3.4 仿真验证
3.5 本章小结
第四章 基于NFTET的高超声速飞行器鲁棒轨迹重构设计
4.1 引言
4.2 轨迹重构问题描述
4.3 基于NFTET的鲁棒轨迹重构算法
4.4 故障下再入轨迹重构设计
4.4.1 标称轨迹设计
4.4.2 重构轨迹设计
4.5 仿真验证
4.5.1 重构轨迹仿真
4.5.2 扰动偏差仿真
4.6 本章小结
第五章 高超声速飞行器再入自适应容错制导控制一体化
5.1 引言
5.2 制导控制一体化全耦合模型
5.3 自适应容错制导控制一体化设计
5.3.1 制导控制一体化设计
5.3.2 投影算子
5.3.3 稳定性分析
5.4 仿真验证
5.5 本章小结
第六章 总结与展望
6.1 总结
6.2 展望
参考文献
致谢
在攻读硕士学位期间发表的学术论文目录与参加科研情况
【参考文献】：
期刊论文
[1]高超声速飞行器关键技术发展分析[J]. 赵鹏飞,董长虹. 飞航导弹. 2017(10)
[2]基于NFTET的高超声速飞行器鲁棒轨迹重构设计[J]. 郭小平,齐瑞云. 南京航空航天大学学报. 2017(S1)
[3]国外高超声速飞行器研究现状及发展趋势[J]. 姜鹏,匡宇,谢小平,张文广,彭奇峰,康宇航. 飞航导弹. 2017(07)
[4]故障下高超声速飞行器再入在线轨迹重构[J]. 杨鹏宇,齐瑞云,郭小平. 战术导弹技术. 2017(04)
[5]基于向量Lyapunov函数方法的高超声速飞行器着陆段一体化导引与控制律设计[J]. 李鲲,严晗,季海波,王胜慧,邸健,刘淼丰. 战术导弹技术. 2017(04)
[6]高超声速飞行器滑翔制导方法综述[J]. 潘亮,谢愈,彭双春,徐明亮,袁天保. 国防科技大学学报. 2017(03)
[7]吸气式高超声速飞行器制导与控制方法综述[J]. 王勇,张艳,白辰,傅瑜,檀朋硕. 兵器装备工程学报. 2017(04)
[8]JF12长实验时间激波风洞10°尖锥气动力实验研究[J]. 刘云峰,汪运鹏,苑朝凯,罗长童,姜宗林. 气体物理. 2017(02)
[9]国外高超声速飞行器及技术发展综述[J]. 张绍芳,叶蕾. 中国航天. 2016(12)
[10]高超声速滑翔飞行器再入段制导方法综述[J]. 刘思源,梁子璇,任章,李清东. 中国空间科学技术. 2016(06)
博士论文
[1]高超声速滑翔飞行器再入制导控制技术研究[D]. 李强.北京理工大学 2015
[2]基于反步法的高超声速飞行器鲁棒自适应控制[D]. 王芳.天津大学 2014
[3]鲁棒非线性导引与控制律一体化设计研究[D]. 严晗.中国科学技术大学 2013
硕士论文
[1]高超声速飞行器再入轨迹优化与容错制导研究[D]. 杨鹏宇.南京航空航天大学 2017
[2]高超声速飞行器再入段预测校正制导研究[D]. 王光伦.哈尔滨工业大学 2010
本文编号：2949897
【文章来源】：南京航空航天大学江苏省 211工程院校
【文章页数】：80 页
【学位级别】：硕士
【文章目录】：
摘要
abstract
注释表
缩略词
第一章 绪论
1.1 课题背景及研究意义
1.2 高超声速飞行器发展现状
1.2.1 国外发展现状
1.2.2 国内发展现状
1.3 再入制导及轨迹重构研究现状
1.3.1 再入制导问题
1.3.2 再入制导方法研究现状
1.3.3 再入轨迹重构研究现状
1.3.4 制导控制一体化研究现状
1.4 存在的问题
1.5 本文研究内容与章节安排
第二章 高超声速飞行器再入段运动模型介绍
2.1 引言
2.2 再入运动模型
2.2.1 再入制导模型
2.2.2 再入姿态模型
2.2.3 气动力模型
2.3 再入约束条件
2.3.1 路径约束
2.3.2 终端约束
2.3.3 控制约束
2.3.4 再入飞行走廊分析
2.4 故障与扰动模型
2.4.1 故障模型
2.4.2 扰动模型
2.5 再入制导与轨迹重构目标
2.6 本章小结
第三章 基于反馈线性化的高超声速飞行器预测校正再入制导
3.1 引言
3.2 再入约束转换
3.3 再入制导律设计
3.3.1 纵向制导律设计
3.3.2 横向制导律设计
3.3.3 终端速度反馈设计
3.3.4 获取制导指令
3.4 仿真验证
3.5 本章小结
第四章 基于NFTET的高超声速飞行器鲁棒轨迹重构设计
4.1 引言
4.2 轨迹重构问题描述
4.3 基于NFTET的鲁棒轨迹重构算法
4.4 故障下再入轨迹重构设计
4.4.1 标称轨迹设计
4.4.2 重构轨迹设计
4.5 仿真验证
4.5.1 重构轨迹仿真
4.5.2 扰动偏差仿真
4.6 本章小结
第五章 高超声速飞行器再入自适应容错制导控制一体化
5.1 引言
5.2 制导控制一体化全耦合模型
5.3 自适应容错制导控制一体化设计
5.3.1 制导控制一体化设计
5.3.2 投影算子
5.3.3 稳定性分析
5.4 仿真验证
5.5 本章小结
第六章 总结与展望
6.1 总结
6.2 展望
参考文献
致谢
在攻读硕士学位期间发表的学术论文目录与参加科研情况
【参考文献】：
期刊论文
[1]高超声速飞行器关键技术发展分析[J]. 赵鹏飞,董长虹. 飞航导弹. 2017(10)
[2]基于NFTET的高超声速飞行器鲁棒轨迹重构设计[J]. 郭小平,齐瑞云. 南京航空航天大学学报. 2017(S1)
[3]国外高超声速飞行器研究现状及发展趋势[J]. 姜鹏,匡宇,谢小平,张文广,彭奇峰,康宇航. 飞航导弹. 2017(07)
[4]故障下高超声速飞行器再入在线轨迹重构[J]. 杨鹏宇,齐瑞云,郭小平. 战术导弹技术. 2017(04)
[5]基于向量Lyapunov函数方法的高超声速飞行器着陆段一体化导引与控制律设计[J]. 李鲲,严晗,季海波,王胜慧,邸健,刘淼丰. 战术导弹技术. 2017(04)
[6]高超声速飞行器滑翔制导方法综述[J]. 潘亮,谢愈,彭双春,徐明亮,袁天保. 国防科技大学学报. 2017(03)
[7]吸气式高超声速飞行器制导与控制方法综述[J]. 王勇,张艳,白辰,傅瑜,檀朋硕. 兵器装备工程学报. 2017(04)
[8]JF12长实验时间激波风洞10°尖锥气动力实验研究[J]. 刘云峰,汪运鹏,苑朝凯,罗长童,姜宗林. 气体物理. 2017(02)
[9]国外高超声速飞行器及技术发展综述[J]. 张绍芳,叶蕾. 中国航天. 2016(12)
[10]高超声速滑翔飞行器再入段制导方法综述[J]. 刘思源,梁子璇,任章,李清东. 中国空间科学技术. 2016(06)
博士论文
[1]高超声速滑翔飞行器再入制导控制技术研究[D]. 李强.北京理工大学 2015
[2]基于反步法的高超声速飞行器鲁棒自适应控制[D]. 王芳.天津大学 2014
[3]鲁棒非线性导引与控制律一体化设计研究[D]. 严晗.中国科学技术大学 2013
硕士论文
[1]高超声速飞行器再入轨迹优化与容错制导研究[D]. 杨鹏宇.南京航空航天大学 2017
[2]高超声速飞行器再入段预测校正制导研究[D]. 王光伦.哈尔滨工业大学 2010
本文编号：2949897
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