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再入滑翔式近空间飞行器飞行姿态控制系统研究

作　者: 邱翔宇
导　师: 钱承山
学　校: 南京信息工程大学
专　业: 系统分析与集成
关键词: 再入滑翔式近空间飞行器非线性系统最优模糊快速终端滑模控制支持向量机鲁棒自适应
分类号: V249.1
类　型: 硕士论文
年　份: 2013年
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内容摘要

再入滑翔式近空间飞行器(Reentry-glide Near Space Vehicle, RgNSV)是一种高超声速再入滑翔机动运载工具,可以依靠升阻比大的气动外形,借助于气动升力,实现远距离非弹道式机动飞行。因此,RgNSV具有很高的军事和民用价值。本文围绕这一问题,为RgNSV设计再入姿态飞行控制系统,以满足RgNSV强稳定、强鲁棒性、高精度的控制要求。本文主要研究内容和成果概括如下：第一部分是在实验室已有的成果上,建立了RgNSV再入阶段的数学模型,针对这种强非线性和耦合性的被控对象,采取了反作用控制系统(RCS)和操作舵面的复合控制,来设计飞行器的控制系统,以满足飞行器不同飞行阶段的控制要求,提高飞行器的控制精度和动态性能。通过对其开环特性的分析,表明了RgNSV具有很强的非线性、耦合性和快时变性的特点。因此,针对这类飞行器,需要设计先进的再入姿态飞行控制系统,以满足RgNSV强稳定、强鲁棒性、高精度的控制要求。第二部分主要针对RgNSV这个被控对象,采用基于快速终端滑模的控制方法,为RgNSV设计控制系统,此方法不仅能够实现飞行器的稳定跟踪,而且还有很好的动态性能和鲁棒性。然后针对这种飞行器,考虑其在不同程度干扰的前提下,采用这种控制方法实现控制,获得仿真结果,仿真结果表明了方法的有效性。第三部分针对受干扰的RgNSV多输入多输出不确定非线性系统,提出了两种控制方法：1、提出了一种基于T-S模型的最优模糊多模型切换控制；2、提出了一种基于SVM(Support Vector Machine干扰观测器的鲁棒自适应滑模控制,将以上所研究的控制方法分别应用于RgNSV,为其设计飞行姿态控制系统,并进行了仿真,仿真结果表明所提方法具有很好的动态性能和较强的鲁棒性。

全文目录

摘要  5-6
Abstract  6-7
第一章绪论  7-14
  1.1 研究的背景、目的和意义  7-11
    1.1.1 研究背景  7-10
    1.1.2 研究的目的和意义  10-11
  1.2 研究现状  11-13
  1.3 本文研究的主要内容  13-14
第二章再入滑翔式近空间飞行器数学建模及开环分析  14-29
  2.1 引言  14
  2.2 RgNSV气动布局设计  14-17
  2.3 再入滑翔近空间飞行器的非线性数学模型  17-22
    2.3.1 基本假设  17
    2.3.2 常用坐标系定义  17-18
    2.3.3 数学模型的建立  18-20
    2.3.4 空气动力和力矩模型  20-22
  2.4 反作用控制系统的设计  22-24
  2.5 气动舵面和反作用控制系统(RCS)复合控制模式  24-25
  2.6 开环特性分析  25-28
  2.7 本章小结  28-29
第三章非线性系统T-S模型与最优控制描述、稳定性分析  29-37
  3.1 引言  29
  3.2 T-S模糊建模的基本原理  29-30
  3.3 最优控制理论分析  30-32
  3.4 最优模糊控制理论稳定性分析  32-36
  3.5 本章小结  36-37
第四章基于T-S模型的最优模糊多模型切换控制  37-50
  4.0 引言  37
  4.1 问题的提出  37-38
  4.2 最优模糊控制器的设计  38-40
  4.3 T-S模型的最优模糊多模型切换控制的稳定性分析  40-42
  4.4 基于T-S模型的最优模糊多模型切换控制的仿真  42-44
  4.5 基于T-S模型的最优模糊多模型切换RgNSV控制系统设计  44-47
  4.6 RgNSV的仿真实验  47-48
  4.7 本章小结  48-50
第五章存在干扰时的RgNSV飞行控制系统研究  50-59
  5.1 引言  50
  5.2 仿射非线性模型的建立  50-53
  5.3 飞行器控制系统设计  53-57
    5.3.1 飞行控制系统分析  53-55
    5.3.2 快速终端滑模控制分析  55-56
    5.3.3 慢回路控制器设计  56
    5.3.4 快回路控制器设计  56-57
  5.4 仿真验证  57-58
  5.5 本章小结  58-59
第六章基于SVM干扰观测器的鲁棒自适应滑模控制  59-67
  6.1 引言  59
  6.2 问题的提出  59-60
  6.3 基于干扰补偿的鲁棒自适应控制器设计  60-65
    6.3.1 支持向量机干扰观测器设计  60-62
    6.3.2 鲁棒自适应控制器的设计  62-65
  6.4 仿真验证  65-66
  6.5 本章小结  66-67
第七章总结与展望  67-69
  7.1 本文的主要工作及创新点  67-68
  7.2 本文存在的不足之处和展望  68-69
参考文献  69-76
致谢  76-77
作者简介  77

再入滑翔式近空间飞行器飞行姿态控制系统研究

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