高超声速飞行器助推分离段轨迹优化与抗扰设计

摘要

高超声速飞行器助推分离段制导控制系统的最大特点是运动方程具有非线性及大不确定性。其中飞行轨迹的快速优化是制导系统需要解决的关键问题之一，姿态系统的抗干扰设计是控制系统要解决的主要问题。本文以某型高超声速飞行器模型为基本研究对象，使用凸优化解算工具CVXGEN，解决其助推分离段纵向轨迹优化问题。同时，利用控制系统设计鲁棒参数化方法解决飞行器姿态系统的抗干扰设计问题。
　　首先，给出高超声速飞行器于助推分离段时其受力情况分析；给出高超声速飞行器于助推分离段时纵向轨迹优化问题的原始数学描述，并建立了高超声速飞行器六自由度的姿态模型。
　　然后，给出将高超声速飞行器于助推分离段时纵向轨迹优化问题原始数学描述转换为相关凸优化问题的基本步骤。给出当高超声速飞行器于助推分离段时纵向轨迹优化问题的凸化处理过程；并给出具体的凸优化二次型数学描述，然后再利用凸优化解算工具进行最后求解。
　　其次，解决高超声速飞行器助推分离段抗干扰设计问题。分别从俯仰通道、偏航通道二方面分别设计，求解具体的抗干扰控制器设计问题，然后进行仿真验证。
　　最后，给出俯仰通道的仿真分析，将本文轨迹优化后得出的控制变量攻角作为待跟踪的程序信号，在正弦干扰信号的作用下，先是进行了控制器参数寻优，得到满足要求的控制器后，进行程序编译，然后进行仿真分析。
　　结果表明，本文使用的凸优化解算工具CVXGEN使得进行求解高超声速飞行器于助推分离段时其纵向优化问题能够具有高效性；同时，利用控制系统设计的鲁棒参数化方法能解决其助推分离段俯仰通道与偏航通道抗干扰设计问题。

目录

封面

中文摘要

英文摘要

目录

第1章 绪 论

1.1 课题研究的背景、目的和意义

1.2 高超声速飞行器发展概况

1.3高超声速飞行器控制与制导技术研究发展现状

1.4 本文各章节主要研究内容

第2章 高超声速飞行器助推分离段问题描述

2.1 引言

2.2 基本坐标系的定义及其相互转换

2.3 助推分离段纵向运动模型建立

2.4 助推分离段轨迹优化问题描述

2.5 高超声速飞行器六自由度姿态模型的建立

2.6 助推分离段抗干扰设计问题描述

2.7本章小结

第3章 高超声速飞行器助推分离段纵向轨迹优化

3.1 引言

3.2 高超声速飞行器助推分离段纵向轨迹优化问题转化

3.3 助推分离段纵向轨迹优化问题求解

3.4 本章小结

第4章 高超声速飞行器助推分离段抗干扰设计

4.1 引言

4.2 助推分离段俯仰通道抗干扰设计

4.3 助推分离段偏航通道抗干扰设计

4.4 本章小结

第5章 高超声速飞行器助推分离段俯仰通道仿真分析

5.1 引言

5.2 助推分离段俯仰通道仿真分析

5.3 本章小结

结论

参考文献

声明

致谢