应用保护映射理论的高超声速飞行器鲁棒自适应控制

发布时间：2017-07-26 15:37

  本文关键词：应用保护映射理论的高超声速飞行器鲁棒自适应控制

  更多相关文章： 高超声速飞行器 间隙度量 线性变参数 保护映射 自适应控制

【摘要】：高超声飞行器(HSV)具有卓越的军事价值和经济价值,因此高超声飞行器技术是目前航空航天领域的研究热点。与传统飞行器相比,高超声飞行器的模型呈现出显著的耦合特性、强非线性以及不确定性,这对设计满足严格的控制性能和稳定性能等要求的控制系统带来一定的挑战。为了深入地了解HSV模型的动态特性,首先基于飞行力学、空气动力学和经典力学等物理学基础理论,建立面向控制的高超声飞行器纵向运动学模型。随后,以归一化的飞行高度和马赫数为调度参量,基于间隙度量理论建立高超声速飞行器线性变参数模型,作为控制器设计的研究对象。此外,依据基于间隙度量理论选出标称点,基于LMI方法设计了HSV切换H_∞迎角跟踪鲁棒控制器,得到整个包线内的控制器参数。进一步,针对HSV飞行包线大、模型不确定性强和动态特性易变等特性,提出了应用保护映射的鲁棒自适应控制方法。该控制器的设计过程仅需在飞行包线的初始点处固定控制器结构并确定初始控制器参数,应用保护映射理论分析当前控制器使闭环系统稳定的参数区间,随后在该区间的右边界点处以上一步得到的控制器参数为初始值搜索得到新的控制器参数。通过迭代上述的搜索过程自动地获得控制器参数集合及其对应的参数稳定区间。最后拟合得到控制参数的解析表达式,实现对HSV模型的鲁棒自适应控制。仿真结果表明,所建立的HSV的LPV模型具有较高的精确度;所设计的HSV鲁棒自适应控制器具有较强的鲁棒性,并能够保证系统在飞行大包线内满足稳定性和控制性能要求。此外,通过与H_∞鲁棒控制器相比,基于保护映射的控制器具有更好的鲁棒自适应控制性能。
【关键词】：高超声速飞行器 间隙度量 线性变参数 保护映射 自适应控制
【学位授予单位】：南京航空航天大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2016
【分类号】：V249.1
【目录】：

• 摘要4-5
• ABSTRACT5-10
• 注释表10-11
• 缩略词11-12
• 第一章 绪论12-19
• 1.1 研究背景与意义12-13
• 1.2 高超声速飞行器研究现状13-16
• 1.3 高超声速飞行器控制方法研究现状16-17
• 1.4 本文主要研究内容与结构17-19
• 第二章 高超声速飞行器纵向动力学模型建立与分析19-33
• 2.1 高超声速飞行器模型描述19-20
• 2.2 运动坐标系选取以及其转换20-23
• 2.2.1 运动坐标系的定义20-21
• 2.2.2 参数的定义以及坐标系之间的转换21-23
• 2.3 高超声速飞行器纵向运动方程23-29
• 2.3.1 动力学方程23-26
• 2.3.2 运动学方程26-27
• 2.3.3 纵向运动学方程组27-29
• 2.4 高超声速飞行器纵向动力学模型特性分析29-31
• 2.5 本章小结31-33
• 第三章 高超声速飞行器LPV模型建立33-45
• 3.1 线性变参数(LPV)建模理论33-36
• 3.1.1 雅克比线性化方法34
• 3.1.2 状态变化方法34-35
• 3.1.3 函数替代法35-36
• 3.2 间隙度量理论概述36-37
• 3.2.1 两个闭合算子间的间隙36-37
• 3.2.2 两个线性系统间隙度量计算方法37
• 3.3 基于间隙度量的高超声速飞行器LPV建模实现37-39
• 3.3.1 基于间隙度量划分高超声速飞行器飞行包线38
• 3.3.2 基于间隙度量建立高超声速飞行器LPV模型38-39
• 3.4 高超声速飞行器LPV建模仿真与验证39-44
• 3.5 本章小结44-45
• 第四章 基于LMI的高超声速飞行器H_∞鲁棒控制器设计45-54
• 4.1 H_∞性能分析45-46
• 4.2 LMI区域46-47
• 4.3 高超声速飞行器H_∞鲁棒控制器设计47-49
• 4.4 数值仿真49-52
• 4.5 本章小结52-54
• 第五章 应用保护映射的高超声速飞行器鲁棒自适应控制器设计54-79
• 5.1 保护映射理论概述54-57
• 5.1.1 数学工具54-56
• 5.1.2 保护映射的定义和性质56-57
• 5.2 应用保护映射理论的鲁棒性分析57-60
• 5.2.1 单参数系统的鲁棒性分析58
• 5.2.2 双参数系统的鲁棒性分析58-60
• 5.3 应用保护映射理论的控制器参数自适应整定算法60-64
• 5.3.1 单变量系统控制器参数自适应整定算法60-62
• 5.3.2 双变量系统控制器参数自适应整定算法62-64
• 5.4 高超声速飞行器姿态控制器设计与仿真64-76
• 5.4.1 高超声速飞行器迎角跟踪控制器设计64-65
• 5.4.2 高超声速飞行器迎角跟踪控制器仿真65-76
• 5.5 性能分析与对比76-77
• 5.6 本章小结77-79
• 第六章 总结与展望79-81
• 6.1 总结79-80
• 6.2 研究展望80-81
• 参考文献81-86
• 致谢86-87
• 在学期间的研究成果及发表的学术论文87-88
• 附录88-90

【参考文献】

中国期刊全文数据库 前10条

1 肖地波;陆宇平;刘燕斌;许晨;;应用保护映射理论的高超声速飞行器自适应控制律设计[J];航空学报;2015年10期

2 陆宇平;陈柏屹;刘燕斌;肖地波;;吸气式高超声速飞行器考虑控制约束的设计优化[J];控制理论与应用;2014年12期

3 何超凡;杨凌宇;李鑫;何念念;;基于间隙度量的高超声速飞行器包线定量划分[J];北京航空航天大学学报;2014年09期

4 吴斌;黄金泉;;航空发动机全包线鲁棒变增益LPV控制律设计[J];南京航空航天大学学报;2014年02期

5 张增辉;杨凌宇;张晶;申功璋;;基于间隙度量的鲁棒LPV控制律设计[J];北京航空航天大学学报;2012年11期

6 孟中杰;闫杰;;乘波体高超声速飞行器大包线鲁棒控制技术[J];飞行力学;2011年05期

7 李广文;贾秋玲;章卫国;刘小雄;;一种飞机大包线控制律增益调参方法[J];飞行力学;2010年01期

8 江琼;陈怀民;吴佳楠;;H_∞鲁棒控制与PID控制相结合的无人机飞行控制研究[J];宇航学报;2006年02期

9 流火;;高超声速飞行器的发展现状[J];现代军事;2004年12期

10 解发瑜,李刚,徐忠昌;高超声速飞行器概念及发展动态[J];飞航导弹;2004年05期

，

本文编号：577077