高超声速飞行器的鲁棒控制和可视化研究

【摘要】：和普通的飞行器相比,高超声速飞行器的飞行包络线范围更大,飞行环境更加复杂,因此,高超声速飞行器对飞行稳定性和机动性能的要求更高。鲁棒控制的目标就是为了当系统存在不确定性时,在某种程度上保持系统的稳定性和一定的动态性能。高级可视化仿真研究就是把CAD技术,虚拟现实技术和系统仿真技术综合应用于系统的模拟和性能分析中。论文在研究控制器设计时考虑的不确定性包括系统状态矩阵,控制输入矩阵以及控制器自身的不确定性,控制器的不确定性均采用了一定的约束描述。 论文的工作大体上包括,不确定系统鲁棒控制器设计方法的研究,控制器设计在飞行器飞行控制中的应用研究,飞控系统可视化仿真的研究。具体研究工作包括:1) 同时考虑三种参数不确定性的存在,分析和推导了三种控制器的存在条件和设计方法;结合实例对比和讨论了求解Riccati方程和LMI两种方法2) 分析了某型高超声速验证机的非线性模型,采用多点线性化的方法确定了用于控制的飞行器模型,进而实现了对飞行器高度的保持和对速度指令的跟踪;分析了某型再入验证机横侧向运动学模型,建立了整个数字仿真的流程,实现了再入着陆过程中对滾转角的快速跟踪;假定飞机存在阵风干扰,分别考虑在某性能指标要求下和系统存在模糊执行器故障的情况下,保证某型飞机飞行的稳定性,实现了对攻角变化的抑制。3) 结合自身的研究工作,确定了飞控系统可视化仿真的内容,给出了仿真的流程,最后建立了一个简单的可视化仿真平台。该部分的工作点包括,虚拟场景和三维模型的建立,交互界面的编制,内部仿真算法实现,数据实时驱动模型,数字仿真功能的实现。 线性矩阵不等式(LMI)技术是近年来控制领域中研究各个方面问题的有效工具,控制器的分析与综合等问题可以转化为LMI问题的求解。论文是利用LMI技术来实现鲁棒控制器的设计,可视化仿真平台是在VC环境下,利用MFC结合OpenGL编程实现的。