近空间飞行器动态受限控制分配技术研究
[Abstract]:In recent years, the near-space vehicle related technology has been paid close attention by the major countries. As a new type of aircraft, the near space vehicle (NV) has high flying speed and high altitude. It is difficult for the existing air defense weapons to pose a threat to this type of aircraft, and can be reused, and the input cost is lower than that of the launched satellite. Therefore, near-space vehicles have unique advantages in high-altitude reconnaissance, fast attack and other fields. In order to improve the reliability, safety and controllability of near space vehicles, a new type of aerodynamic layout with multiple control surfaces is often adopted. Therefore, how to transform the virtual control instruction into the control instruction of the control surface is an urgent problem to be solved in the flight control system of the near space vehicle. In this paper, a control assignment method considering the physical constraints of the control surface is studied in view of the control instruction assignment problem encountered in the design of the flight control system of the near space vehicle. The main research contents are as follows: first of all, Based on the analysis of the control effect of the control surface and the control effect produced by the control torque of different control surfaces within the range of physical constraints, the mathematical model of the near-space vehicle with control assignment is established. In this paper, the dynamic response of two typical actuator models to the control instructions is analyzed considering the control surface dynamics of the aircraft. Secondly, a hybrid optimization algorithm based on fish swarm algorithm is used to realize the control allocation of near-space vehicle. Genetic algorithm is introduced to solve the problem that fish swarm algorithm will fall into local convergence to the optimal solution in the later stage. Simulation results show that the hybrid fish optimization method based on genetic algorithm can effectively achieve control allocation. Then, the control assignment error caused by the uncertainty of the control efficiency matrix and the external disturbance during the flight of the near-space vehicle will be considered in view of the situation that the control allocation error is caused by the uncertainty of the control efficiency matrix. A terminal sliding mode controller based on sliding mode disturbance observer is designed, which can converge in finite time. This method is combined with the robust least square control allocation method to realize the finite time control allocation of the near space vehicle under the condition that the control efficiency of the near space vehicle is interval uncertainty. The simulation results fully verify the effectiveness of the control allocation scheme. Then, when the control efficiency of the control surface is nonlinear, the nonlinear control assignment problem is transformed into two optimization problems for the combination of piecewise sections and the optimization of the corresponding piecewise truncation coefficients. In this paper, the control efficiency matrix is segmented in the physical constraint range at the present time. The optimal segmental interval is obtained by genetic algorithm, and then the truncation coefficient is optimized by pigeon swarm heuristic algorithm. The simulation results show that the proposed hybrid optimization algorithm can obtain satisfactory control allocation results when the control efficiency of the control surface is nonlinear. Finally, a dynamic control allocation method combining radial basis function neural network and differential evolution algorithm is studied. With the full consideration of actuator dynamics, this method uses the ability of off-line and on-line approximation of radial basis function neural networks to predict the control effect that can be produced by the individual in the iterative process of the difference algorithm. The difference algorithm can obtain the optimal deflection instruction of each control surface. Simulation results show that this method can effectively improve the control allocation effect.
【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】:2015
【分类号】:V249.12
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,本文编号:2154424
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