高超声速飞行器巡航非线性控制技术研究

发布时间：2023-05-19 03:11

　　高超声速飞行器具有飞行速度极快、飞行高度高以及机动性强等独特优势,得到了世界各国的广泛关注。近半个多世纪以来,以美俄为代表的各军事大国都开展了大量的高超声速飞行器相关关键技术研究,并取得了丰富的成果。但也由于高超声速飞行器的高动态、强非线性、强耦合、强不确定性和快时变等特点,作为核心技术之一的飞行控制系统设计仍然面临着巨大挑战。本文主要针对高超声速飞行器的巡航飞行控制问题,结合非线性动态逆、反演法、动态面、自适应和滑模变结构等几类非线性控制方法,进行了一系列深入研究。首先,基于锥形体构型的高超声速飞行器,采用牛顿-欧拉方法建立高超声速飞行器的六自由度模型,为了便于设计其巡航飞行控制系统,通过合理的简化假设,最终得到飞行器的纵向非线性运动模型。在标称情况下,通过雅克比小扰动线性化方法得到飞行器在特定平衡点处的线性模型,并对其进行了开环特性分析,发现该模型在复平面右半平面存在开环极点,飞行器的纵向模型是不稳定的,需对其开展控制系统设计。其次,采用精确反馈线性化技术,通过对速度和高度分别求3阶和4阶导数,实现了速度和高度子系统的解耦,得到了高超声速飞行器的纵向逆模型,并在此基础上直接设计动态...

【文章页数】：139 页

【学位级别】：博士

【文章目录】：
摘要
ABSTRACT
1 绪论
    1.1 研究背景及意义
        1.1.1 研究背景
        1.1.2 研究意义
    1.2 国内外研究现状
        1.2.1 高超声速飞行器的研究现状
        1.2.2 高超声速飞行器控制技术研究现状
    1.3 论文组织结构及章节安排
2 高超声速飞行器的建模及分析
    2.1 引言
    2.2 高超声速飞行器建模
        2.2.1 几何模型及参数
        2.2.2 基本简化假设
        2.2.3 常用坐标系的定义
        2.2.4 坐标系间关系及其转换
        2.2.5 高超声速飞行器六自由度模型
        2.2.6 气动力及气动力矩
    2.3 大气环境模型
    2.4 高超声速飞行器纵向运动模型
        2.4.1 纵向运动模型
        2.4.2 模型稳定性分析
    2.5 本章小结
3 基于精确反馈线性化的高超声速飞行器动态逆控制
    3.1 引言
    3.2 相关预备知识
        3.2.1 非线性动态逆基础
        3.2.2 MIMO系统精确反馈线性化
    3.3 高超声速飞行器纵向模型精确反馈线性化
    3.4 基于ESO的非线性动态逆控制器设计
        3.4.1 问题描述
        3.4.2 动态逆控制律设计
        3.4.3 扩张状态观测器设计
        3.4.4 仿真验证
    3.5 本章小结
4 高超声速飞行器鲁棒反演控制
    4.1 引言
    4.2 相关预备知识
        4.2.1 反演法设计步骤
        4.2.2 简单示例
    4.3 反演控制器设计
        4.3.1 控制律设计
        4.3.2 仿真验证
    4.4 基于LESO的高超声速飞行器动态面控制器设计
        4.4.1 IHSTD设计
        4.4.2 线性扩张状态观测器设计
        4.4.3 稳定性分析
        4.4.4 仿真验证
    4.5 本章小结
5 高超声速飞行器自适应滑模及多幂次滑模控制
    5.1 引言
    5.2 自适应滑模控制器设计
        5.2.1 控制律设计
        5.2.2 稳定性分析
        5.2.3 仿真验证
    5.3 含非线性干扰观测器的多幂次滑模控制器设计
        5.3.1 控制律设计
        5.3.2 基于IHSTD的非线性干扰观测器设计
        5.3.3 稳定性分析
        5.3.4 仿真验证
    5.4 本章小结
6 考虑非匹配干扰的高超声速飞行器抗饱和自适应鲁棒控制
    6.1 引言
    6.2 模型和问题描述
    6.3 控制器设计
        6.3.1 控制律设计
        6.3.2 稳定性分析
        6.3.3 仿真验证
    6.4 本章小结
7 总结与展望
    7.1 全文总结
    7.2 工作展望
参考文献
致谢
攻读博士学位期间发表的学术论文和参加科研情况



本文编号：3819538