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《南京航空航天大学》 2009年
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基于回馈递推方法的近空间飞行器鲁棒自适应控制

周丽  
【摘要】: 近空间飞行器(Nearspace Vehicles NSVs)是各国正在大力发展的新型航空航天飞行器,具有极其重要的军事价值。它们在运行中表现出的多任务、多工作模式、大范围高速机动等特点使得控制系统设计成为一项极具挑战的研究课题。围绕这一基础科学问题,本文在近空间飞行器建模与分析、受扰动非线性系统控制两个方面开展了较为深入的研究,主要研究成果如下: 1、根据我们实验室已有的研究成果及国内外公开发表的文献资料建立起NSV高超声速飞行条件下6自由度数学模型。该模型包含完整的动力学方程和运动学方程,其中气动力系数和力矩系数是迎角、马赫数及气动舵面偏角的函数,发动机模型为吸气式超声速燃烧冲压发动机。然后对其开环性能进行分析,结果表明整个模型能够体现出NSV复杂的非线性以及快速时变性等特点,具有一定的代表性,可以满足未来NSV先进制导和控制等问题的理论研究和仿真验证需要。 2、研究了NSV纵向控制,首先利用输入-输出反馈线性化方法将NSV纵向运动模型转化为仿射非线性模型,并根据飞行器的状态变量特性,进一步将其转化为严格反馈多输入多输出(Multi-Input/Multi-Output MIMO)非线性模型,并基于回馈递推方法设计了高超声速飞行的纵向控制系统,对其进行的纵向运动仿真结果表明了方法的有效性。 针对NSV高超声速飞行时,气动参数变化剧烈且容易受到外界干扰的特点,提出了基于全调节径向基神经网络(Fully Tuned Radial Basis Function Neural Network FTRBFNN)的积分回馈递推方法,并基于Lyapunov定理给出稳定性的严格证明。FTRBFNN抗干扰能力强,而且控制律中增加的误差积分项可以有效消除系统的跟踪静差,因而控制精度高。最后对NSV进行的纵向运动仿真结果表明,在干扰变化较大的情况下,控制系统仍具有较好的鲁棒性。 3、提出了基于动态面控制的变增益自适应回馈递推控制方法。首先利用动态面控制简化回馈递推控制器设计,然后在参数自适应律中引入S函数对径向基神经网络(Radial Basis Function Neural Network RBFNN)的学习率进行动态调节,消除系统在自适应初始阶段的抖振现象。基于Lyapunov定理证明了闭环系统稳定,跟踪误差指数收敛到任意小的有界紧集内。对NSV的纵向运动仿真结果表明,该方法在降低控制律复杂性的同时,仍具有良好的过渡过程动态特性。 4、提出了基于模糊系统的快速自适应回馈递推方法。利用模糊系统对系统的复合干扰进行在线辨识,利用回馈递推方法进行了控制系统设计,该方法在线调整自适应参数仅为子系统的个数,减轻了系统的在线计算负担。基于Lyapunov定理和小增益定理证明了闭环系统稳定,系统的跟踪误差指数收敛到任意小的有界紧集内。对NSV进行的高超声速条件下6自由度协调转弯仿真结果表明该方法在简化的自适应律和控制律下仍具有良好的跟踪性能。 5、结合干扰观测器技术,提出了基于模糊干扰观测器的自适应回馈递推方法。该方法充分利用被控系统的有用信息,参数自适应律根据系统的跟踪误差和观测器误差进行在线调整,从而实现了对NSV不确定更为有效的逼近,获得了更好的鲁棒性。 设计了一种模糊神经干扰观测器(Fuzzy Neural Network Disturbance Observer FNNDO),提出了基于FNNDO的自适应回馈递推方法。由于FNNDO可以在线调整模糊规则,因而对未知非线性不确定的辨识精度更高,从而可以达到更高的跟踪精度。最后用该方法设计了NSV姿态控制系统,并在高超声速的条件下进行了6自由度姿态控制仿真,结果表明了方法的有效性。
【学位授予单位】:南京航空航天大学
【学位级别】:博士
【学位授予年份】:2009
【分类号】:V249.1

【引证文献】
中国博士学位论文全文数据库 前1条
1 都延丽;近空间飞行器姿态与轨迹的非线性自适应控制研究[D];南京航空航天大学;2010年
中国硕士学位论文全文数据库 前1条
1 杨青运;基于视觉的无人直升机飞行控制技术研究[D];南京航空航天大学;2011年
【参考文献】
中国期刊全文数据库 前10条
1 胡云安;李静;晋玉强;;有输入未建模动态和不确定性导弹控制器设计[J];飞行力学;2006年02期
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【共引文献】
中国期刊全文数据库 前10条
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中国重要会议论文全文数据库 前10条
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9 彭良福;林云松;;一种基于动态逆的编队飞行位置误差控制方法[A];第二十九届中国控制会议论文集[C];2010年
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中国博士学位论文全文数据库 前10条
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7 唐志国;机械臂操作柔性负载系统分布参数建模与控制方法研究[D];吉林大学;2011年
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9 刘怀广;浮法玻璃缺陷在线识别算法的研究及系统实现[D];华中科技大学;2011年
10 李晓强;基于在线逼近的不确定非线性系统控制研究[D];大连海事大学;2011年
中国硕士学位论文全文数据库 前10条
1 许继影;一类非线性时滞系统的稳定性及鲁H_∞控制[D];广西师范学院;2010年
2 张华杰;模糊神经网络在肺癌诊断中的应用[D];郑州大学;2010年
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10 李楠;基于BP神经网络广义预测控制在气体压缩过程中的应用研究[D];哈尔滨理工大学;2010年
【同被引文献】
中国期刊全文数据库 前10条
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中国博士学位论文全文数据库 前4条
1 朱亮;空天飞行器不确定非线性鲁棒自适应控制[D];南京航空航天大学;2006年
2 丁卫;基于超小型无人机的地面目标实时图像跟踪[D];上海大学;2007年
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中国硕士学位论文全文数据库 前10条
1 刘新华;基于视觉的无人机着陆姿态检测和跑道识别[D];南京航空航天大学;2004年
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8 丁伟;基于视觉图像的无人直升机位姿估计算法研究[D];南京航空航天大学;2007年
9 赵瑜;基于计算机视觉的移动机器人路径识别与跟踪[D];西北大学;2008年
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【二级引证文献】
中国期刊全文数据库 前2条
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2 程路;姜长生;都延丽;吴庆宪;;变化风场下近空间飞行器机体/发动机一体化飞行力学建模与分析[J];宇航学报;2012年05期
中国博士学位论文全文数据库 前2条
1 贺乃宝;近空间飞行器抗干扰鲁棒飞行控制研究[D];南京航空航天大学;2011年
2 程路;近空间飞行器鲁棒自适应协调控制研究[D];南京航空航天大学;2011年
【二级参考文献】
中国期刊全文数据库 前10条
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9 武国庆,姜长生,张锐,卢伟健;基于径向基神经网络的不确定非线性系统的鲁棒自适应控制[J];航空学报;2002年06期
10 卢强,梅生伟,申铁龙,胡伟;非线性H_∞励磁控制器的递推设计[J];中国科学E辑:技术科学;2000年01期
【相似文献】
中国期刊全文数据库 前10条
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9 汤一华,陈士橹,徐敏,万自明;基于遗传算法的有限推力轨道拦截优化研究[J];西北工业大学学报;2005年05期
10 李建军;;空间电磁信号合成情况研究[J];电子信息对抗技术;2006年04期
中国重要会议论文全文数据库 前10条
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中国重要报纸全文数据库 前10条
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5 洪安 于杰 记者  于莘明;我国空气动力学研究取得长足进展[N];科技日报;2006年
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7 航天科技集团公司504所所长 张洪太 党委书记 邱乐德;创空间飞行器有效载荷新辉煌[N];中国航天报;2006年
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中国博士学位论文全文数据库 前10条
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2 徐定国;分子振动激发态与光分解反应动力学的量子力学递推方法研究[D];四川大学;2003年
3 程路;近空间飞行器鲁棒自适应协调控制研究[D];南京航空航天大学;2011年
4 贺乃宝;近空间飞行器抗干扰鲁棒飞行控制研究[D];南京航空航天大学;2011年
5 周晖;非平衡磁控溅射沉积MoS_2-Ti复合薄膜研究[D];兰州大学;2007年
6 高志峰;复杂系统的容错控制技术及其在近空间飞行器中的应用研究[D];南京航空航天大学;2011年
7 郭丽;基于VLBI跟踪观测的空间飞行器瞬时状态参量归算[D];中国科学院研究生院(上海天文台);2007年
8 朱长征;基于星敏感器的星模式识别算法及空间飞行器姿态确定技术研究[D];国防科学技术大学;2004年
9 罗成;近地轨道空间飞行器编队飞行控制[D];国防科学技术大学;2006年
10 吴了泥;可重复使用运载器亚轨道再入段制导与控制技术研究[D];南京航空航天大学;2009年
中国硕士学位论文全文数据库 前10条
1 代晓东;最优化理论求解钻柱接触非线性问题[D];大庆石油学院;2005年
2 衣娜;非收缩三角剖分下二元样条函数空间的维数[D];广西民族大学;2008年
3 刘中强;一维量子自旋系统动力学性质的研究[D];曲阜师范大学;2006年
4 何莉娜;几类带利率风险模型的破产问题研究[D];中南大学;2006年
5 江英华;几类风险模型的破产问题研究[D];中南大学;2008年
6 马超;高精度空间飞行器动力学集成建模方法研究[D];哈尔滨工业大学;2011年
7 尤方;飞行器姿态控制系统仿真与研究[D];西安工业大学;2012年
8 李洪伟;智能自治控制技术在空间飞行器及推进系统中的应用研究[D];中国人民解放军国防科学技术大学;2002年
9 贺俊;基于ARM的智能车辆纵向控制半物理仿真系统研究[D];西安理工大学;2007年
10 刘薇;基于GA的飞行器有效载荷运控模式的优化设计[D];中国科学院研究生院(空间科学与应用研究中心);2003年
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