高超声速飞行器的增益调度控制器设计

发布时间：2017-08-29 12:23

  本文关键词：高超声速飞行器的增益调度控制器设计

  更多相关文章： 高超声速飞行器 极点配置 执行器饱和 增益调度 LPV

【摘要】：当前随社会经济和高新技术的发展,高超声速飞行器领域的相关研究越来越成为全世界各国科技发展的前沿和重点,各国都不断加深对高超声速飞行器相关的研究和探索,对我国而言,目前国防和经济发展面临严峻的压力和挑战,从维护国家利益和发展角度,开展对高超声速飞行器的研究十分必要和紧迫。由于高超声速飞行器本身为一非线性模型并具有:结构一体化,飞行速度快,飞行环境复杂等特点,导致对其控制问题是当今高超声速飞行器研究的一个重点和难点,本文选取高超声速飞行器纵向模型为对象,对其模型进行深入研究,而后设计一个状态反馈控制器,随后考虑执行器饱和的问题,设计一种带执行器饱和的增益调度反馈控制器并进行仿真验证。首先,完成对高超声速飞行器纵向模型的建模工作,根据兰利实验室的高超声速飞行器全状态模型通过合理的假设,进行推导,获得高超声速飞行器纵向模型,而后对高超声速飞行器纵向模型进行研究,分析其每一个参数、变量的物理含义,并与传统的刚体飞行器模型进行对比,比较它们之间的差异。同时运用MATLAB软件对其模型进行搭建并验证。其次,将高超声速飞行器纵向模型的分为长周期模态和短周期模态,针对隶属于长周期模态的轨迹跟踪部分,通过线性分式变换(LFT)的方法将其转化为一LPV模型,并对模型展开研究,为进一步研究工作打下模型方面的基础。再次,在某一预定的平衡点完成对纵向模型的线性化工作,针对线性化之后的模型展开初步研究,分析其开环特性,而后设计一状态反馈控制器,主要基于极点配置的方法进行,通过仿真得到结果,从理论上实现对系统的镇定目的。并将控制器应用到高超声速飞行器纵向模型之上,完成控制器设计工作。最后,因为传统的状态反馈控制方法具有一定缺陷,所以针对纵向模型,考虑一个很重要的执行器饱和问题,基于增益调度控制理论设计一种带执行器饱和的增益调度反馈控制器,并进行仿真验证及稳定性分析。
【关键词】：高超声速飞行器 极点配置 执行器饱和 增益调度 LPV
【学位授予单位】：哈尔滨工业大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2016
【分类号】：V249
【目录】：

• 摘要4-5
• ABSTRACT5-9
• 第1章 绪论9-20
• 1.1 课题背景及研究意义9-11
• 1.2 国内外研究现状11-18
• 1.2.1 高超声速飞行器研究现状11-14
• 1.2.2 高超声速飞行器控制方法研究现状14-16
• 1.2.3 增益调度控制研究现状16-18
• 1.3 课题主要研究内容18-20
• 第2章 高超声速飞行器纵向模型及特性分析20-37
• 2.1 引言20
• 2.2 高超声速飞行器研究常用概念简述20-24
• 2.2.1 常用坐标系定义20-21
• 2.2.2 常用角度参数定义21-22
• 2.2.3 常用坐标系变换22-24
• 2.3 高超声速飞行器纵向模型24-29
• 2.3.1 建模准备工作24
• 2.3.2 高超声速飞行器纵向模型推导24-29
• 2.4 高超声速飞行器模型与传统的刚体飞行器模型比较29-30
• 2.5 高超声速飞行器纵向模型特性分析30-36
• 2.5.1 高超声速飞行器纵向模型仿真结果分析30-35
• 2.5.2 高超声速飞行器纵向模型特征值分析35-36
• 2.6 本章小结36-37
• 第3章 高超声速飞行器纵向模型的LPV模型37-44
• 3.1 引言37
• 3.2 LPV建模方法简述37-39
• 3.2.1 雅克比线性化法37-38
• 3.2.2 函数替换法38-39
• 3.3 线性分式变换（LFT）39-41
• 3.4 模型的转化41-43
• 3.5 本章小结43-44
• 第4章 基于极点配置的状态反馈控制器设计44-55
• 4.1 引言44
• 4.2 小扰动线性化理论44-45
• 4.3 高超声速飞行器纵向模型的线性化处理45-47
• 4.4 基于极点配置的状态反馈控制器设计及仿真验证47-53
• 4.4.1 基于极点配置的状态反馈控制器47-48
• 4.4.2 仿真验证48-53
• 4.5 本章小结53-55
• 第5章 考虑执行器饱和的增益调度反馈控制器设计55-70
• 5.1 引言55
• 5.2 执行器饱和问题描述55-56
• 5.3 考虑执行器饱和的增益调度输出反馈控制器56-63
• 5.3.1 控制器描述56-58
• 5.3.2 控制器推导及证明58-63
• 5.4 控制器设计及仿真验证63-69
• 5.4.1 控制器设计63-65
• 5.4.2 仿真验证65-69
• 5.5 本章小结69-70
• 结论70-72
• 参考文献72-75
• 附录1 LPV模型的系数矩阵75-78
• 附录2 考虑执行器饱和的增益调度控制器的增益矩阵78-80
• 致谢80

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本文编号：753263