基于高度—速度剖面的再入轨迹规划与跟踪控制

发布时间：2022-02-26 06:15

　　无动力升力式再入航天器因其具有速度快、航程远、机动性强等优势,成为了航空航天领域竞相发展的热点。其技术发展将会对未来军事发展战略、防御体系构建产生深远影响。这种航天器在再入过程中受到驻点热流、动压、过载等多方面约束,参考轨迹以及轨迹跟踪控制律的设计是再入任务能否顺利完成的关键。本文以通用航空器（Common Aero Vehicle,CAV）为对象,研究了再入轨迹规划及轨迹跟踪控制问题,主要内容包括以下几个方面:1)在参考轨迹规划方面,提出了直接在高度-速度剖面内进行再入参考轨迹规划的方法。通过预先设定攻角剖面以及过程约束最大允许值,将过程约束转换为高度-速度剖面内的再入轨迹下边界,并通过搜索下边界上增量的方法获得再入参考轨迹。过程约束由于增量为正而得到满足;终端约束通过调整增量的大小得到满足。2)基于改进的人工势能场法研究了存在地理约束的轨迹规划算法。假设航天器的再入过程处在一个势能场中,目标点及路径点对航天器产生引力,禁飞区对航天器产生斥力,可以求得航天器在势能场中所受合力的大小和方向。进一步通过合力方向求解航向角走廊,并根据求得的航向角走廊结合倾斜角反转控制策略即可使航天器再入过... 

【文章来源】：大连理工大学辽宁省211工程院校985工程院校教育部直属院校

【文章页数】：73 页

【学位级别】：硕士

【文章目录】：
摘要
abstract
1 绪论
    1.1 研究背景和意义
    1.2 国内外研究现状
        1.2.1 高超声速飞行器再入制导发展历史
        1.2.2 高超声速飞行器制导与控制研究现状
    1.3 再入制导技术面临的挑战
    1.4 本文主要内容及文章结构
2 再入运动方程的建立
    2.1 引言
    2.2 坐标系及坐标系的转换
    2.3 再入大气段运动微分方程
    2.4 大气和重力模型
        2.4.1 大气和气动参数模型
        2.4.2 重力模型
    2.5 再入约束条件
        2.5.1 再入过程约束
        2.5.2 再入终端约束
        2.5.3 控制量约束
        2.5.4 附加地理约束
    2.6 CAV相关参数
    2.7 本章小结
3 再入参考轨迹规划
    3.1 引言
    3.2 无量纲化动力学方程
    3.3 高度速度剖面内再入轨迹快速规划
        3.3.1 初始下降段轨迹求解
        3.3.2 滑翔段轨迹规划
        3.3.3 待定参数p求解
        3.3.4 横侧向制导律
    3.4 在线轨迹规划方法
    3.5 仿真试验
    3.6 本章小结
4 考虑禁飞区与路径点约束的再入轨迹规划
    4.1 引言
    4.2 人工势能场法简介
    4.3 考虑禁飞区约束的再入轨迹求解
        4.3.1 禁飞区躲避策略
        4.3.2 禁飞区约束判断条件
    4.4 考虑路径点约束的再入轨迹求解
        4.4.1 路径点约束满足策略
        4.4.2 路径点约束判断条件
    4.5 多附加地理约束条件再入轨迹求解
    4.6 仿真试验
    4.7 本章小结
5 轨迹跟踪控制律设计
    5.1 引言
    5.2 自抗扰控制方法
    5.3 控制模型推导
    5.4 仿真试验
        5.4.1 基于自抗扰方法的纵向轨迹跟踪控制律仿真试验
        5.4.2 蒙特卡洛仿真试验
    5.5 PID控制方法仿真试验
    5.6 本章小结
结论
参考文献
攻读硕士学位期间发表学术论文情况
致谢



本文编号：3644164