收藏本站
《哈尔滨工业大学》 2013年
收藏 | 手机打开
二维码
手机客户端打开本文

高超声速飞行器建模及控制方法研究

安昊  
【摘要】:与常规飞行器相比,高超声速飞行器的飞行具有高速度、高海拔和高机动性的特点,因此无论在民用还是军事方面都具有重要的意义。由于高超声速飞行器具有先进的气动外形、机身-发动机一体化设计、大的飞行包线和飞行环境变化剧烈等特点,使得高超声速飞行器自身稳定性较差,各个子系统之间耦合严重,同时模型具有较大的不确定性,因此对高超声速飞行器建立较为精确的数学模型并且设计具有强鲁棒性的控制器是十分必要的。 为了更加全面地了解高超声速飞行器的飞行特性,基于拉格朗日方法给出了高超声速飞行器的刚体运动模型和弹性体运动模型,进而根据已有的研究成果,建立了高超声速飞行器6-DOF的Simulink仿真模型。应用该Simulink仿真模型对高超声速飞行器的飞行特性进行了初步分析,包括高超声速飞行器俯仰方向稳定性分析、纵向运动飞行包线及运动模态的分析等。 利用微分几何线性化的相关理论,对高超声速飞行器纵向运动模型进行了精确线性化,得到了高超声速飞行器纵向运动的精确线性化模型,实现了系统输入-输出的完全解耦,并通过与基于近似线性化模型设计的控制器进行对比,说明了精确线性化模型的优越性。 针对高超声速飞行器纵向运动的一类模型匹配有界不确定性问题,采用滑模变结构与动态逆反馈相结合的方法设计了基于动态逆反馈的滑模变结构控制器,该控制器结合了动态逆反馈的解耦特性和滑模变结构的鲁棒性能,达到了较好的控制效果。针对一类模型非匹配有界不确定性问题,分别采用自适应控制与反步法、滑模变结构与反步法相结合的方法,设计了具有较强鲁棒性的控制器,有效地抑制了非匹配不确定性带来的扰动。 对于高超声速飞行器的模型动态完全未知的情形,采用总能量控制原理设计了高超声速飞行器纵向运动的总能量控制系统。仿真结果表明:设计的控制器不需要已知系统的模型信息,就可以实现较好的控制效果,并且具有更强的鲁棒性能。 针对于高超声速飞行器的上升段的轨迹规划问题,采用高斯拟谱法将原始的轨迹规划问题转化为非线性规划问题,进而通过SNOPT算法进行了问题的求解,得到了很好的优化结果及相应的控制策略,节省了大量的燃料。 最后是对于本文研究内容的总结和今后工作的一些展望。
【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】:2013
【分类号】:V249.1

手机知网App
【相似文献】
中国期刊全文数据库 前10条
1 傅前哨;;高超声速的关键技术[J];航空知识;2007年10期
2 郑小梅;徐大军;蔡国飙;;MHD能量旁路超燃冲压发动机可行性分析[J];北京航空航天大学学报;2009年03期
3 祝志云;杨军;;高超声速飞行器飞行轨迹的模糊控制设计[J];计算机仿真;2010年04期
4 崔凯;杨国伟;;6马赫锥体流场对乘波体性能的影响及规律[J];科学通报;2006年24期
5 周浩;陈万春;殷兴良;;高超声速飞行器多段弹道协作优化[J];北京航空航天大学学报;2008年09期
6 常建松;;基于STK的高超声速飞行器可视化仿真平台研究[J];空间控制技术与应用;2008年05期
7 叶蕾;陈英硕;;Purdue风洞对高超声速研究至关重要[J];飞航导弹;2008年12期
8 马曙辉;;高超声速发动机专利技术现状及发展预测[J];飞航导弹;2008年12期
9 侯志强;刘济民;宋贵宝;;高超声速乘波飞行器多学科设计优化研究进展[J];导弹与航天运载技术;2009年03期
10 栗金平;杨军;;基于自抗扰技术的高超声速飞行器控制系统设计[J];计算机测量与控制;2011年05期
中国重要会议论文全文数据库 前10条
1 叶友达;王振亚;卢笙;张涵信;张来平;;高超声速飞行器机体/推进系统一体化外形的数值模拟研究[A];2003空气动力学前沿研究论文集[C];2003年
2 杨红亮;史增民;袁军娅;;临近空间高超声速飞行器热环境预测方法[A];庆祝中国力学学会成立50周年暨中国力学学会学术大会’2007论文摘要集(下)[C];2007年
3 庄益夫;陈洁;潘长鹏;;一类高超声速飞行器的建模及非线性控制[A];中国自动化学会控制理论专业委员会A卷[C];2011年
4 唐志共;;高超声速技术发展对地面试验的要求和现状分析[A];新世纪 新机遇 新挑战——知识创新和高新技术产业发展(下册)[C];2001年
5 郭正;刘君;王巍;;空中发射高超声速飞行器投放过程数值模拟[A];近代空气动力学研讨会论文集[C];2005年
6 杨俊春;胡军;吕孝乐;;高超声速飞行器再入段滑模跟踪控制设计[A];第二十六届中国控制会议论文集[C];2007年
7 刘龙霞;贾启芬;刘习军;;高超声速飞行器中的贮箱类液固耦合初步研究[A];第十二届全国非线性振动暨第九届全国非线性动力学和运动稳定性学术会议论文集[C];2009年
8 胡磊;吴森堂;;高超声速飞行器鲁棒飞行控制系统设计方法[A];2007中国控制与决策学术年会论文集[C];2007年
9 黄飞;程晓丽;沈清;;DSMC方法在高超声速平板的近空间气动特性分析中的应用[A];第五届全国青年计算物理学术交流会论文摘要[C];2008年
10 韩杰才;孟松鹤;杜善义;;高超声速飞行器与热防护系统[A];庆祝中国力学学会成立50周年暨中国力学学会学术大会’2007论文摘要集(下)[C];2007年
中国重要报纸全文数据库 前10条
1 徐晖;美国加快高超声速飞行器研制[N];中国航空报;2009年
2 黄志澄;挑战飞行极速[N];中国航天报;2004年
3 ;21世纪的航空前沿技术[N];北京科技报;2002年
4 赵彦;研究高超声速技术[N];中国航天报;2002年
5 胡滨;临近空间:一个不容忽视的焦点话题[N];解放军报;2008年
6 所长 王晓东 党委书记 杨旭;北京航天自动控制研究所追求卓越 以质取胜 不断创新 持续发展[N];中国航天报;2009年
7 商艳凯 记者 初霞;哈工大两团队跻身国家级[N];哈尔滨日报;2008年
8 ;高超声速技术 引领航天运载器的革命[N];科技日报;2002年
9 马遥远;美国空军发展无人航天飞机[N];中国航空报;2009年
10 晓丽;美国研制新型高超声速无人机武器系统[N];中国航空报;2003年
中国博士学位论文全文数据库 前10条
1 王倩;高超声速飞行器飞行控制系统设计方法与仿真研究[D];复旦大学;2011年
2 葛东明;临近空间高超声速飞行器鲁棒变增益控制[D];哈尔滨工业大学;2011年
3 刘燕斌;高超声速飞行器建模及其先进飞行控制机理的研究[D];南京航空航天大学;2007年
4 张红梅;高超声速飞行器的建模与控制[D];天津大学;2012年
5 车竞;高超声速飞行器乘波布局优化设计研究[D];西北工业大学;2007年
6 金亮;高超声速飞行器机体/发动机一体化构型设计与性能研究[D];国防科学技术大学;2008年
7 颜力;飞行器多学科设计优化若干关键技术的研究与应用[D];国防科学技术大学;2006年
8 陈红波;ZrB_2基超高温陶瓷材料催化/氧化性能研究[D];哈尔滨工业大学;2011年
9 秦昌茂;高超声速飞行器分数阶PID及自抗扰控制研究[D];哈尔滨工业大学;2011年
10 刘双;高超声速飞行器热防护系统主动冷却机制与效能评估[D];哈尔滨工业大学;2010年
中国硕士学位论文全文数据库 前10条
1 安昊;高超声速飞行器建模及控制方法研究[D];哈尔滨工业大学;2013年
2 朱艳明;高超声速飞行器的非线性控制[D];东北大学;2009年
3 黄广;高超声速飞行器残差自调节高精度控制算法研究[D];哈尔滨工业大学;2013年
4 宋志国;高超声速飞行器自抗扰姿态控制研究[D];哈尔滨工业大学;2011年
5 赵彪;高超声速飞行器技术发展研究[D];哈尔滨工业大学;2010年
6 李雪飞;高超声速飞行器气热弹多场耦合数值模拟[D];哈尔滨工业大学;2011年
7 张四虎;高超声速飞行器再入热环境分析及弹道优化设计[D];哈尔滨工业大学;2013年
8 陈晨;高超声速飞行器红外辐射特性分析[D];南京理工大学;2013年
9 林妍;大气层内高超声速飞行器光辐射特性建模[D];哈尔滨工业大学;2010年
10 彭稳根;高超声速飞行器金属结构热管热防护机制理论与模拟研究[D];哈尔滨工业大学;2011年
 快捷付款方式  订购知网充值卡  订购热线  帮助中心
  • 400-819-9993
  • 010-62791813
  • 010-62985026