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空天无人飞行器的建模及其动态仿真研究

赵晓凯  
【摘要】: 本文结合国家自然科学基金重大研究计划——空天飞行器的若干重大基础问题,对空天无人飞行器的飞行过程方面进行了较为广泛的研究,并针对这部分内容开展了一系列理论上的探讨研究工作: 空天飞行器具有很高的军事和民用价值,正因为如此它是近年来各国研究发展的重点和热点。空天飞行器计划的最大特征是将基础研究与航空航天高技术的国家需求紧密结合起来。本文在充分借鉴了国内外公开发表的文献资料的基础上,建立了超声速和高超声速下飞行条件下的6自由度仿真模型。 由于在飞行过程中大范围非线性、具有非定常气动力等特性,本文采用了非线性动态逆控制律来构成全局线性化的性质,根据时标分离的原则,设计了 空天无人飞行器的快回路和慢回路控制器。但是空天无人飞行器存在着各种不同的未知干扰,这些干扰对其在飞行过程的稳定性产生了严重的影响,因此本文给出了干扰观测器和基于在线神经网络的自适应控制两种方法来解决这个问题。 干扰观测器的原理就是采用非线性干扰观测器将外部干扰、非线性系统内部的求逆误差和建模误差等一系列未知误差统一看成系统的干扰进行逼近,在通过系统输出对逆误差进行补偿。基于在线神经网络的自适应控制是通过神经网络权值在线的实时调整来逼近并补偿系统模型的不确定性所引起的动态逆误差。 这两种控制方法都有效地消除逆误差对控制系统的影响,大大减小了在控制器设计过程中对精确模型的依赖,提高了了系统的鲁棒性能。 最后本文介绍了通过3DS MAX对空天无人飞行器建模,在Visual C++环境下用OpenGL引擎实现三维动画的方法和应用Diamond-Square算法生成了三维地形的技术。


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