高超聲速飛行器姿態(tài)控制與控制分配研究.pdf

1、可重復(fù)使用航天運(yùn)載器（Reusable Launch Vehicle，RLV）因具有多次利用、跨空域飛行、在軌機(jī)動(dòng)、指定區(qū)域返航的優(yōu)勢(shì)，成為各國(guó)爭(zhēng)相研究發(fā)展的焦點(diǎn)。RLV研制是一項(xiàng)復(fù)雜的系統(tǒng)工程，涉及氣動(dòng)外形設(shè)計(jì)、推進(jìn)系統(tǒng)設(shè)計(jì)、熱防護(hù)系統(tǒng)設(shè)計(jì)、飛行控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)等諸多技術(shù)，特別是 RLV調(diào)姿段與再入段的姿態(tài)控制與多種執(zhí)行機(jī)構(gòu)的控制分配問(wèn)題是RLV飛行控制系統(tǒng)研制過(guò)程中具有挑戰(zhàn)性的課題之一。鑒于此，本文圍繞RLV調(diào)姿段與再入段的姿態(tài)控制與控

2、制分配問(wèn)題展開(kāi)研究。
　　本文首先建立了RLV姿態(tài)控制的數(shù)學(xué)模型，基于非線性動(dòng)態(tài)逆理論將RLV調(diào)姿段系統(tǒng)模型分為內(nèi)外回路，利用Lyapunov函數(shù)證明內(nèi)外閉環(huán)回路的穩(wěn)定性。針對(duì)RLV系統(tǒng)的不確定性，提出基于滑模變結(jié)構(gòu)控制理論設(shè)計(jì)雙滑模變結(jié)構(gòu)姿態(tài)控制律，并分析該RLV閉環(huán)控制系統(tǒng)的穩(wěn)定性。對(duì)所設(shè)計(jì)的姿態(tài)控制系統(tǒng)進(jìn)行Matlab仿真驗(yàn)證，結(jié)果表明雙滑模變結(jié)構(gòu)控制策略能降低RLV非線性系統(tǒng)模型對(duì)控制系統(tǒng)性能要求，姿態(tài)控制效果較好，但存在

3、微弱抖振現(xiàn)象。其次，針對(duì)雙滑模變結(jié)構(gòu)姿態(tài)控制的抖振問(wèn)題，利用非線性動(dòng)態(tài)逆理論對(duì) RLV系統(tǒng)模型進(jìn)行嚴(yán)格線性化處理，基于反步法控制理論設(shè)計(jì) RLV姿態(tài)控制器。提出利用神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)自適應(yīng)在線函數(shù)逼近解決反步法控制系統(tǒng)“微分爆炸”問(wèn)題，并證明了該閉環(huán)控制系統(tǒng)穩(wěn)定性。最后進(jìn)行Matlab仿真驗(yàn)證，結(jié)果表明控制策略響應(yīng)時(shí)間縮短50％，姿態(tài)控制效果顯著。最后，針對(duì)RLV再入段姿態(tài)控制與異類(lèi)執(zhí)行機(jī)構(gòu)控制分配問(wèn)題，提出了一種整合整數(shù)線性規(guī)劃算法進(jìn)行RLV執(zhí)