火箭子级返回大气层内制导控制方法研究

发布时间：2023-05-24 23:36

　　本文以火箭子级返回为背景,研究火箭子级返回大气层内的制导控制技术。针对其返回过程中的飞行环境及火箭子级特性,提出了基于终端角度约束的滑模制导方案,设计火箭子级返回直接自适应模糊控制过载控制器,考虑火箭子级返回过程中存在的模型不确定性和外界扰动对系统的稳定性和性能影响,设计扰动观测器以增强控制系统的鲁棒性。本文的主要工作包括以下几个方面:1)分析火箭子级返回过程中的作用力和作用力矩,考虑飞行过程中的风干扰因素,建立了火箭子级返回大气层内的六自由度数学模型。2)通过建立大气层内制导模型,设计能保证末端位置和落角条件的有限时间收敛制导律;并采用2阶鲁棒精确微分器对由系统偏差、干扰及参数不确定性等组成的系统总扰动进行估计,在制导律中进行补偿。3)基于小扰动线性化理论及状态反馈方法建立控制模型,并由此设计火箭子级返回自适应模糊过载控制器;分析了火箭子级返回自适应模糊控制过载控制系统的全局稳定性;基于线性化模型、绕质心转动模型及六自由度制导模型进行控制系统的仿真测试与分析。4)设计扰动观测器,得到火箭子级返回控制系统补偿模型,分析控制系统的全局稳定性,并基于改进的火箭子级返回过载控制器进行与标称控...

【文章页数】：100 页

【学位级别】：硕士

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摘要
Abstract
第1章 绪论
    1.1 研究目的及意义
    1.2 国内外研究现状
        1.2.1 运载火箭子级/助推器伞降回收控制
        1.2.2 运载器子级垂直返回控制
        1.2.3 运载器带翼返回控制
        1.2.4 角度约束制导律
        1.2.5 运载器控制方法研究现状
    1.3 本文主要内容
第2章 火箭子级返回飞行动力学建模
    2.1 引言
    2.2 坐标系定义及转换关系
        2.2.1 坐标系定义
        2.2.2 坐标系转换关系
    2.3 火箭子级所受的外力/力矩分解
        2.3.1 火箭子级所受的外力
        2.3.2 火箭子级所受的作用力矩
    2.4 六自由度运动学与动力学建模
    2.5 本章小结
第3章 火箭子级返回终端角度约束制导
    3.1 引言
    3.2 火箭子级返回终端角度约束弹道成形制导
    3.3 火箭子级返回终端角度约束有限时间收敛滑模制导
        3.3.1 大气层内制导模型建立
        3.3.2 基于2 阶鲁棒精确微分器的有限时间收敛滑模制导
    3.4 仿真分析
        3.4.1 2-RED仿真分析
        3.4.2 三自由度仿真
    3.5 本章小结
第4章 火箭子级返回直接自适应模糊过载控制
    4.1 引言
    4.2 火箭子级返回过载控制系统建模
        4.2.1 模型线性化处理
        4.2.2 状态反馈控制模型
    4.3 直接自适应模糊过载控制器设计
        4.3.1 自适应模糊控制器
        4.3.2 控制系统收敛特性
    4.4 仿真分析
        4.4.1 仿真测试
        4.4.2 火箭子级返回六自由度仿真
    4.5 本章小结
第5章 基于扰动观测补偿的火箭子级返回控制
    5.1 引言
    5.2 有限时间收敛扰动观测器设计
        5.2.1 有限时间收敛扰动观测器数学模型
        5.2.2 火箭子级返回控制系统有限时间收敛扰动观测器设计
        5.2.3 改进的火箭子级返回控制系统收敛特性分析
    5.3 仿真分析
        5.3.1 扰动观测器性能测试
        5.3.2 基于扰动观测器的火箭子级返回六自由度制导控制仿真
    5.4 本章小结
结论
参考文献
致谢
个人简历



本文编号：3822505