基于熱力學(xué)模型的平流層飛艇升降過程復(fù)合控制.pdf

1、近些年,在浮空器領(lǐng)域的研究中,平流層飛艇受到諸多關(guān)注,它是一種運行于大氣平流層底部區(qū)域的浮空器。平流層飛艇可以作為高空監(jiān)測和通訊平臺,在區(qū)域大氣環(huán)境監(jiān)測、高分辨率實時監(jiān)視和區(qū)域通信等領(lǐng)域有巨大的優(yōu)勢。
　　平流層飛艇上升和下降過程中經(jīng)歷復(fù)雜的熱環(huán)境變化,研究平流層飛艇的熱力學(xué)模型對飛艇升降過程有重要意義;在飛艇升降過程中,當(dāng)飛行速度較低時,舵面操縱效率不足,需使用副氣囊作為姿態(tài)控制的輔助執(zhí)行機(jī)構(gòu),以解決平流層飛艇高空運動控制問題。

2、
　　本文的研究內(nèi)容主要有三個方面:一是建立了平流層飛艇的熱模型,該熱模型反映了平流層飛艇升降過程中外界大氣與飛艇內(nèi)部熱交換、太陽輻射等對飛艇氣囊溫度、壓強(qiáng)和體積的影響,給出飛艇凈浮力在熱模型影響下的表達(dá)式;二是采用副氣囊作為飛艇姿態(tài)控制的執(zhí)行機(jī)構(gòu),與升降舵一起對俯仰角進(jìn)行復(fù)合控制,在傳統(tǒng)加權(quán)偽逆法的基礎(chǔ)上,提出變權(quán)增量式偽逆法,使用不同性能指標(biāo)的變權(quán)方法實現(xiàn)控制分配優(yōu)化,通過增量方式實現(xiàn)了執(zhí)行機(jī)構(gòu)主動速率約束;三是在熱模型的基礎(chǔ)

3、上建立了平流層飛艇上升和下降方案,提出使用俯仰角控制飛艇前向速度的方法,采用鏈?zhǔn)椒峙浞椒▽⒏┭鼋桥c矢量推力復(fù)合,實現(xiàn)對飛艇前向速度控制。
　　研究結(jié)果表明:飛艇最大飛行高度由飛艇固有質(zhì)量和最大氦氣體積決定、飛艇上升速度主要影響因素為初始氦氣質(zhì)量。熱模型參數(shù)的不同選擇對飛艇上升和下降速度有影響,太陽輻射吸收率高,保持壓差小可以增加上升速度,下降時則相反。采用不同優(yōu)化性能指標(biāo)分別設(shè)計了變權(quán)增量式偽逆控制器實現(xiàn)了飛艇在不同速度下的俯仰姿