收藏本站
收藏 | 手机打开
二维码
手机客户端打开本文

弹性高超声速飞行器跟踪问题控制方法研究

王婕  
【摘要】:由于显著的军事价值和民用价值,高超声速飞行器已成为世界各强国广泛关注和研究的焦点,是目前临近空间飞行技术的主要研究方向。高超声速飞行器快时变、强非线性、强耦合、不确定、弹性影响等特点,使得飞行控制系统的设计成为一项极具挑战性的研究课题。围绕这一课题,以实现高超声速飞行器的稳定跟踪为目的,依次从高超声速飞行器的非线性特性、参数不确定、外部干扰、输入受限、执行器故障等方面逐步深入,系统地研究高阶滑模控制方法及有限时间稳定理论在跟踪控制问题中的应用。 首先,基于牛顿运动定律及欧拉运动定律,建立刚体模型,并将机身看作均匀的两端自由梁结构,推导建立飞行器的弹性振动方程,分析了刚体与弹性之间的耦合影响。进一步考虑高超声速飞行器模型中的弹性影响、强非线性、强耦合特性,将弹性影响视为不确定,对高超声速非线性模型进行处理,基于非线性动态逆方法,获得面向控制模型。考虑模型参数不确定对控制性能的影响,当飞行系统不确定上界已知,基于齐次性理论设计拟连续高阶滑模控制器的设计,确保有限时间内实现对参考指令的稳定跟踪,仿真验证了控制方法的鲁棒性。 其次,考虑弹性高超声速飞行器的不确定上界未知,基于几何齐次性理论和积分滑模控制理论,提出了一种新型自适应高阶滑模控制器的设计方法,控制器由两部分组成,一部分为连续的标称控制器,基于几何齐次性设计,能够保证系统有限时间收敛;另一部分为不连续的滑模控制器,处理不确定。同时,通过滑模面变量构造自适应律,对不确定边界进行在线估计,达到自适应高阶滑模控制器设计目的,解决了实时在线估计不确定上界的问题。利用Lyapunov稳定性理论,证明所设计的高阶滑模控制器能够在有限时间内收敛到系统平衡点,实现了对参考指令的有限时间稳定跟踪,仿真结果验证控制方法的鲁棒性。 再次,针对弹性高超声速飞行器存在参数不确定、外部干扰以及控制输入受限的鲁棒控制问题,考虑控制器-干扰观测器的综合设计,利用高阶滑模干扰观测器技术对综合干扰进行估计,实现对控制器的补偿及干扰的抑制。基于Lyapunov理论详细分析了闭环系统的有限时间稳定性,仿真结果验证了控制器-干扰观测器综合设计的鲁棒性,与自适应滑模方法相比,控制器-干扰观测器综合设计的控制策略能有效地处理系统参数不确定、外部干扰及控制输入受限。 最后,针对弹性高超声速飞行器中结构已知的执行器控制效益损失,提出了一种自适应滑模容错控制方法。采用已知的控制效益损失故障,建立飞行器的故障不确定模型。构造自适应滑模容错控制律,利用积分滑模面的动态变化检测故障的发生,并激发自适应律实现控制增益的自动调整,及时快速处理故障影响。基于Lyapunov稳定性理论证明了系统的有限时间稳定性,并在弹性高超声速飞行器的纵向动力学模型上进行了仿真验证,结果表明该方法能有效处理执行器控制效益损失故障,有较好的鲁棒性和容错能力。


知网文化
【相似文献】
中国期刊全文数据库 前20条
1 王佩广;刘永绩;王浚;;高超声速飞行器综合热管理系统方案探讨[J];中国工程科学;2007年02期
2 韩东;方磊;;基于欧拉方程的高超声速飞行器的壁面流线生成计算[J];航空动力学报;2008年12期
3 舒天;;掠过水面的“黑雨燕” 美国加快高超声速飞行器的研制计划[J];国际航空;2008年04期
4 孙兆虎;;高超声速飞行器结构热问题讨论[J];航空科学技术;2008年03期
5 高建力;唐硕;车竞;江志国;;高超声速飞行器参数化几何建模研究[J];计算机仿真;2008年02期
6 周张华;聂万胜;;高超声速飞行器动力巡航影响因素分析[J];导弹与航天运载技术;2008年01期
7 周浩;陈万春;殷兴良;;高超声速飞行器多段弹道优化设计[J];宇航学报;2008年04期
8 马辉;袁建平;方群;;高超声速飞行器最优周期巡航轨迹优化[J];飞行力学;2008年04期
9 张军;毕贞法;邵晓巍;;一种高超声速飞行器的非线性再入姿态控制方法[J];空间控制技术与应用;2008年04期
10 孟中杰;陈凯;黄攀峰;闫杰;;高超声速飞行器机体/发动机耦合建模与控制[J];宇航学报;2008年05期
11 尉建利;于云峰;闫杰;;高超声速飞行器鲁棒控制方法研究[J];宇航学报;2008年05期
12 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
13 张忠峰;高云峰;宝音贺西;;高超声速飞行器周期巡航条件的确定[J];力学与实践;2009年01期
14 李佳峰;陈万春;;带约束的高超声速飞行器最优弹道的数值算法[J];航空学报;2009年09期
15 高道祥;孙增圻;;高超声速飞行器离散模糊自适应控制[J];空间控制技术与应用;2009年05期
16 徐大军;蔡国飙;;高超声速飞行器关键技术量化评估方法[J];北京航空航天大学学报;2010年01期
17 江志国;唐硕;车竞;;高超声速飞行器操稳性能分析[J];飞行力学;2010年02期
18 张丽静;刘东升;于存贵;何庆;;高超声速飞行器[J];航空兵器;2010年02期
19 ;征稿启事[J];飞航导弹;2010年06期
20 葛东明;黄显林;;面向控制的高超声速飞行器动力学特性分析[J];航天控制;2010年04期
中国重要会议论文全文数据库 前10条
1 阎超;;未来的飞行器——高超声速飞行器发展展望[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
2 严玲玲;李少远;;高超声速飞行器的预测控制和可视化仿真[A];中国自动化学会控制理论专业委员会D卷[C];2011年
3 姚照辉;鲍文;;高超声速飞行器调节/保护多模式切换控制方法[A];第二十九届中国控制会议论文集[C];2010年
4 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
5 贺杰;郑德斋;;高超声速飞行器的特点及关键技术研究[A];第九届长三角科技论坛——航空航天科技创新与长三角经济转型发展分论坛论文集[C];2012年
6 鲍文;姚照辉;常军涛;于达仁;唐井峰;;高超声速飞行器耦合动力学建模问题探讨[A];第二届高超声速科技学术会议会议日程及摘要集[C];2009年
7 鲍文;姚照辉;;高超声速飞行器调节/保护多模式切换控制方法[A];第二届高超声速科技学术会议会议日程及摘要集[C];2009年
8 谭湘敏;易建强;范国梁;;高超声速飞行器飞行特性分析及其控制研究[A];第二届高超声速科技学术会议会议日程及摘要集[C];2009年
9 谭湘敏;易建强;范国梁;;高超声速飞行器滑模自适应控制研究[A];第三届高超声速科技学术会议会议文集[C];2010年
10 孙未蒙;张靖男;郑志强;;高超声速飞行器控制技术的几个增长点[A];中国航空学会控制与应用第十二届学术年会论文集[C];2006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 张红梅;高超声速飞行器的建模与控制[D];天津大学;2012年
4 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
5 罗世彬;高超声速飞行器机体/发动机一体化及总体多学科设计优化方法研究[D];国防科学技术大学;2004年
6 王婕;弹性高超声速飞行器跟踪问题控制方法研究[D];天津大学;2014年
7 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
8 李晓宇;高超声速飞行器一体化布局气动外形设计[D];国防科学技术大学;2007年
9 王俊;高超声速飞行器气动热烧蚀预测与控制研究[D];华南理工大学;2013年
10 刘磊;高超声速飞行器热气动弹性特性及相似准则研究[D];中国空气动力研究与发展中心;2014年
中国硕士学位论文全文数据库 前10条
1 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
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 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
5 鲁波;高超声速飞行器高精度/高带宽纵向控制律的基础研究[D];南京航空航天大学;2008年
6 赵红;高超声速飞行器跳跃飞行轨道优化研究[D];哈尔滨工业大学;2008年
7 霍俊焱;高超声速飞行器动力学建模[D];天津大学;2009年
8 刘龙霞;高超声速飞行器中圆柱类贮箱液固耦合动力学研究[D];天津大学;2009年
9 华晨;高超声速飞行器纵向通道的预测控制器设计及可视化仿真[D];上海交通大学;2011年
10 苏大亮;高超声速飞行器热结构设计与分析[D];西北工业大学;2006年
中国重要报纸全文数据库 前2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 本报记者 陈龙 通讯员 王二强;“高超”:改变未来战争模式的利器[N];中国航天报;2012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
  • 010-62982499
  • 010-62783978