火箭垂直返回双幂次固定时间收敛滑模控制方法

发布时间：2021-04-17 06:17

　　垂直起降可重复使用火箭返回飞行时受到复杂扰动和强不确定性影响,其姿态系统呈现出强非线性和高动态的特点.为克服扰动影响实现对姿态角指令的快速高精度跟踪,提出了一种基于双幂次固定时间收敛滑模面和固定时间收敛扰动观测器的快速高精度姿态跟踪控制器.对于返回飞行姿态控制系统中的有界匹配扰动,为避免观测器的调节过程影响控制系统的性能,在控制器的设计中引入了固定时间收敛扰动观测器,从而实现了对扰动的快速高精度估计;为实现姿态跟踪控制器的固定时间收敛,给出了基于双幂次修正项的一种双幂次固定时间收敛滑模面;基于观测器输出和双幂次固定时间收敛滑模面设计了快速姿态跟踪控制器,通过引入固定时间收敛扰动观测器的输出以补偿扰动影响,从而在允许的精度损失下去除不连续控制项以抑制滑模抖振.最后通过返回飞行大气层内气动减速段的数值仿真验证了观测器和基于固定时间收敛扰动观测器的固定时间收敛滑模跟踪控制器的性能. 

【文章来源】：哈尔滨工业大学学报. 2020,52(04)北大核心EICSCD

【文章页数】：10 页

【部分图文】：

典型垂直起降火箭飞行剖面

δx=(δ1+δ2+δ3+δ4)/4.因此建立VTVL-RLV一子级返回飞行动力学模型,其中式(1)为发射坐标系下质心动力学方程,式(2)为箭体坐标系下绕质心动力学方程,各坐标系和坐标系转换关系详见文献[19].

在实际应用中,由于制导律并不输出指令加速度,因此控制律中滑模面和控制律中 x 1 =z 1 - x ^ 1 , x 2 = z 2 - x ^ 2 , h ? =z 3 - x ^ 3 ,其中z1,z2,z3分别为观测器的一阶、二阶和三阶输出值, x ^ 1 , x ^ 2 , x ^ 3 分别为跟踪微分器的一阶、二阶和三阶输出值.因此,本文设计的基于固定时间收敛扰动观测器(FxTDOB)的双幂次固定时间收敛滑模控制系统(FxTDOB-DPFxTSMC)的结构如图3所示.3 仿真分析

【参考文献】：
期刊论文
[1]重复使用运载火箭精确回收滑模动态面控制[J]. 钱默抒,熊克,王海洋.  宇航学报. 2018(08)
[2]垂直起降可重复使用运载器发展现状与关键技术分析[J]. 崔乃刚,吴荣,韦常柱,徐大富,张亮.  宇航总体技术. 2018(02)
[3]多储液腔航天器刚液耦合动力学与复合控制[J]. 岳宝增,于嘉瑞,吴文军.  力学学报. 2017(02)
[4]考虑燃料晃动效应的航天器自适应滑模姿态控制[J]. 邢健,齐瑞云.  空间控制技术与应用. 2013(02)

博士论文
[1]液体多模态晃动柔性航天器姿态机动复合控制研究[D]. 宋晓娟.北京理工大学 2015

硕士论文
[1]火箭起飞段姿态系统的滑模变结构控制[D]. 孙慧杰.哈尔滨工业大学 2013



本文编号：3142953