基于轨迹线性化方法的再入机动弹头控制器设计
发布时间：2021-04-14 23:16
再入机动弹头具有重要的战略意义和极高的军事应用价值。本文根据我国对再入机动弹头控制技术发展的需求,对再入机动弹头在再入段机动飞行的姿态稳定控制问题进行了研究。本文主要针对再入机动弹头再入过程中大的不确定性、非线性特性、时变特性以及MIMO系统耦合特性等问题,进行详细的分析之后,给出了一种可以有效解决非线性时变耦合特性并具有较强鲁棒性的轨迹线性化控制方法,实现了再入机动弹头在动压和飞行马赫数变化范围比较大的情况下飞行姿态的稳定控制。具体研究内容如下:建立再入机动弹头的运动学、动力学模型以及与飞行有关的气动参数模型。再入机动弹头是一种高超声速飞行器,相对于其他飞行器具有自己典型的特点,这些特点主要体现在不确定性、非线性、耦合性以及时变特性等方面。本文通过对再入机动弹头数学模型进行较深入的研究,进行总体的控制思路和控制方法的规划。针对再入机动弹头的时变非线性特性以及通道间耦合特性,提出利用非线性动态逆控制方法,处理系统的非线性特性和实现通道间解耦。该控制方法分两部分完成:首先将再入机动弹头模型进行适当的简化,得到用于控制系统设计的仿射非线性模型;然后利用非线性动态逆方法分别设计内外回路控制器...
【文章来源】：哈尔滨工程大学黑龙江省 211工程院校
【文章页数】：73 页
【学位级别】：硕士
【部分图文】：
图２．２大气密度随高度的变化趋势??（１）地面坐标系Ｑｘｙｚ??
为速度倾斜角。??由以上坐标系的定义及分析可以看出，四种坐标系间可以通过多次旋转而相互转??化，其转化关系如图２．３所示。??＾?地面坐标系?＼??弹道坐标系?体坐标系??图２．３坐标系之间的转化关系??２．３．３气动参数模型??再入机动弹头是一个无动力再入动力学系统，依靠控制系统在空气动力和力矩作用??下产生弹头在空间的运动。因此，分析作用在弹体上的各种力和力矩是必要的。由于再??入过程为无动力再入且为气动舵控制，因而主要分析作用在弹体上的气动力和气动力??矩。??通常为了便于问题的研究，将气动力和气动力矩表示为与大气密度、特征长度等与??气动布局无关的无量纲的函数来突出分析气动布局的特性。在高超声速飞行器设计中，??这个函数一般是攻角、马赫数、舵偏角的非线性函数，只能根据大量的测量数据，通过??曲线拟合才能得到较准确的表达式。我们可以通过大量的风洞实验和飞行试验，获得较??真实的数据
和为滚转和偏航角速率，＆为偏航方向的控制指令。??Ｗ）?ＵｆＪ??为了便于分析，根据附录Ａ给出的气动参数的函数表达式，利用ＭＡＴＬＡＢ绘制部??分气动参数随马赫数和攻角变化的三维曲面［４（）］，如图２．４所示。由俯仰力矩系数可以看??蒙１：：麵Ｌ??ａ（ｄｅｇ）?＝?Ｍａｃｈ??ａ）阻力系数随马赫数和攻角的变化曲线?ｂ）升力系数随马赫数和攻角的变化曲线??？？一?Ｉ、、?Ｉ??？?－－一－”?丨?Ｉ?：?？－－－？＊■＂５、、：?Ｉ??ｔ５?０?一—?１０??ａ（ｄｅ＾＂＂－＼?ａ（ｄｅｇ）。：”厂?５?Ｍａｃｈ??Ｍａｃｈ??ｃ）升阻比随马赫欸和攻角的变化曲线?ｄ）俯仰力矩系数随马赫数和攻角的变化曲线??图２．４部分空气动力学三维曲面??出，静稳定性随着攻角的增大而增强，且随着马赫数的变化不是很大，弹头具有较好的??静稳定性，且升阻比高最大约为３，符合设计要求。??２．３．４再入机动弹头再入数学模型??再入机动弹头的数学模型可以表示为一个六自由度、十二状态变量的非线性刚体动??１７??
【参考文献】：
期刊论文
[1]再入机动飞行器自适应轨迹线性化控制[J]. 李海军,黄显林,葛东明. 宇航学报. 2011(05)
[2]空天飞行器鲁棒自适应模糊跟踪控制[J]. 薛雅丽,姜长生,朱亮. 南京航空航天大学学报. 2008(01)
[3]弹道导弹打击航空母舰末制导有效区的确定与评估[J]. 谭守林,张大巧,刁国修. 指挥控制与仿真. 2006(04)
[4]高超声速飞行器飞行特性和控制的若干问题[J]. 朱云骥,史忠科. 飞行力学. 2005(03)
[5]关于钝锥体气动力特性分析及最优化外形选择[J]. 安复兴. 空气动力学学报. 1981(03)
博士论文
[1]高超声速飞行器巡航控制技术研究[D]. 熊柯.国防科学技术大学 2012
[2]高超声速飞行器飞行控制系统设计方法与仿真研究[D]. 王倩.复旦大学 2011
[3]空天飞行器基于模糊理论的鲁棒自适应控制研究[D]. 王玉惠.南京航空航天大学 2008
[4]空天飞行器再入飞行的模糊自适应预测控制[D]. 方炜.南京航空航天大学 2008
[5]基于Terminal滑模的空天飞行器再入鲁棒自适应控制[D]. 黄国勇.南京航空航天大学 2007
[6]空天飞行器不确定非线性鲁棒自适应控制[D]. 朱亮.南京航空航天大学 2006
[7]基于动态逆系统和神经网络理论的BTT导弹控制系统研究[D]. 于秀萍.哈尔滨工程大学 2004
硕士论文
[1]仿射型非线性系统智能故障诊断与容错控制研究[D]. 侯鹏.辽宁科技大学 2012
[2]气垫船航行控制特性的非线性分析方法研究[D]. 李宁.哈尔滨工程大学 2011
[3]基于反馈线性化的高温超导与常导混合EMS悬浮控制问题研究[D]. 王慧玲.西南交通大学 2010
[4]倒立摆系统自动摆起控制的研究[D]. 程会锋.大连理工大学 2009
[5]高超声速飞行器气动热和表面瞬态温度计算研究[D]. 蒋友娣.上海交通大学 2008
[6]高超声速飞行器高精度/高带宽纵向控制律的基础研究[D]. 鲁波.南京航空航天大学 2008
[7]基于反馈线性化的AUV近水面航向鲁棒控制研究[D]. 程相勤.哈尔滨工程大学 2008
[8]空天飞行器建模及其自适应轨迹线性化控制研究[D]. 张春雨.南京航空航天大学 2007
[9]高超声速飞行器的鲁棒控制和可视化研究[D]. 朱云骥.西北工业大学 2005
[10]制导炮弹控制系统设计与仿真[D]. 卢莺.西北工业大学 2004
本文编号：3138194
【文章来源】：哈尔滨工程大学黑龙江省 211工程院校
【文章页数】：73 页
【学位级别】：硕士
【部分图文】：
图２．２大气密度随高度的变化趋势??（１）地面坐标系Ｑｘｙｚ??
为速度倾斜角。??由以上坐标系的定义及分析可以看出，四种坐标系间可以通过多次旋转而相互转??化，其转化关系如图２．３所示。??＾?地面坐标系?＼??弹道坐标系?体坐标系??图２．３坐标系之间的转化关系??２．３．３气动参数模型??再入机动弹头是一个无动力再入动力学系统，依靠控制系统在空气动力和力矩作用??下产生弹头在空间的运动。因此，分析作用在弹体上的各种力和力矩是必要的。由于再??入过程为无动力再入且为气动舵控制，因而主要分析作用在弹体上的气动力和气动力??矩。??通常为了便于问题的研究，将气动力和气动力矩表示为与大气密度、特征长度等与??气动布局无关的无量纲的函数来突出分析气动布局的特性。在高超声速飞行器设计中，??这个函数一般是攻角、马赫数、舵偏角的非线性函数，只能根据大量的测量数据，通过??曲线拟合才能得到较准确的表达式。我们可以通过大量的风洞实验和飞行试验，获得较??真实的数据
和为滚转和偏航角速率，＆为偏航方向的控制指令。??Ｗ）?ＵｆＪ??为了便于分析，根据附录Ａ给出的气动参数的函数表达式，利用ＭＡＴＬＡＢ绘制部??分气动参数随马赫数和攻角变化的三维曲面［４（）］，如图２．４所示。由俯仰力矩系数可以看??蒙１：：麵Ｌ??ａ（ｄｅｇ）?＝?Ｍａｃｈ??ａ）阻力系数随马赫数和攻角的变化曲线?ｂ）升力系数随马赫数和攻角的变化曲线??？？一?Ｉ、、?Ｉ??？?－－一－”?丨?Ｉ?：?？－－－？＊■＂５、、：?Ｉ??ｔ５?０?一—?１０??ａ（ｄｅ＾＂＂－＼?ａ（ｄｅｇ）。：”厂?５?Ｍａｃｈ??Ｍａｃｈ??ｃ）升阻比随马赫欸和攻角的变化曲线?ｄ）俯仰力矩系数随马赫数和攻角的变化曲线??图２．４部分空气动力学三维曲面??出，静稳定性随着攻角的增大而增强，且随着马赫数的变化不是很大，弹头具有较好的??静稳定性，且升阻比高最大约为３，符合设计要求。??２．３．４再入机动弹头再入数学模型??再入机动弹头的数学模型可以表示为一个六自由度、十二状态变量的非线性刚体动??１７??
【参考文献】：
期刊论文
[1]再入机动飞行器自适应轨迹线性化控制[J]. 李海军,黄显林,葛东明. 宇航学报. 2011(05)
[2]空天飞行器鲁棒自适应模糊跟踪控制[J]. 薛雅丽,姜长生,朱亮. 南京航空航天大学学报. 2008(01)
[3]弹道导弹打击航空母舰末制导有效区的确定与评估[J]. 谭守林,张大巧,刁国修. 指挥控制与仿真. 2006(04)
[4]高超声速飞行器飞行特性和控制的若干问题[J]. 朱云骥,史忠科. 飞行力学. 2005(03)
[5]关于钝锥体气动力特性分析及最优化外形选择[J]. 安复兴. 空气动力学学报. 1981(03)
博士论文
[1]高超声速飞行器巡航控制技术研究[D]. 熊柯.国防科学技术大学 2012
[2]高超声速飞行器飞行控制系统设计方法与仿真研究[D]. 王倩.复旦大学 2011
[3]空天飞行器基于模糊理论的鲁棒自适应控制研究[D]. 王玉惠.南京航空航天大学 2008
[4]空天飞行器再入飞行的模糊自适应预测控制[D]. 方炜.南京航空航天大学 2008
[5]基于Terminal滑模的空天飞行器再入鲁棒自适应控制[D]. 黄国勇.南京航空航天大学 2007
[6]空天飞行器不确定非线性鲁棒自适应控制[D]. 朱亮.南京航空航天大学 2006
[7]基于动态逆系统和神经网络理论的BTT导弹控制系统研究[D]. 于秀萍.哈尔滨工程大学 2004
硕士论文
[1]仿射型非线性系统智能故障诊断与容错控制研究[D]. 侯鹏.辽宁科技大学 2012
[2]气垫船航行控制特性的非线性分析方法研究[D]. 李宁.哈尔滨工程大学 2011
[3]基于反馈线性化的高温超导与常导混合EMS悬浮控制问题研究[D]. 王慧玲.西南交通大学 2010
[4]倒立摆系统自动摆起控制的研究[D]. 程会锋.大连理工大学 2009
[5]高超声速飞行器气动热和表面瞬态温度计算研究[D]. 蒋友娣.上海交通大学 2008
[6]高超声速飞行器高精度/高带宽纵向控制律的基础研究[D]. 鲁波.南京航空航天大学 2008
[7]基于反馈线性化的AUV近水面航向鲁棒控制研究[D]. 程相勤.哈尔滨工程大学 2008
[8]空天飞行器建模及其自适应轨迹线性化控制研究[D]. 张春雨.南京航空航天大学 2007
[9]高超声速飞行器的鲁棒控制和可视化研究[D]. 朱云骥.西北工业大学 2005
[10]制导炮弹控制系统设计与仿真[D]. 卢莺.西北工业大学 2004
本文编号：3138194
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