重复使用飞行器自适应容错控制技术研究

摘要

随着科技的发展,飞行器的可重复使用越来越成为现代航天工程的研究重点。可重复使用飞行器(RLV,Reusable Launch Vehicle)主要优点包括降低成本、简便发射过程及提高发射频率,并具备动力返回、滑行着陆的特点。但考虑到RLV的反复使用及恶劣的工作环境,其发生故障的可能性也大大提高了。本文针对RLV容错控制方案的理论和设计方法进行了研究,采用了自适应容错控制方法,保证了姿态控制系统在传感器及执行器发生一度故障时仍能正常运行。主要研究内容包括以下几个方面:
　　1、对RLV的特点加以分析,建立了RLV非线性运动模型,并对建模过程中需要用到的坐标系及角度给出了定义。
　　2、分别针对传感器及执行器的故障模式进行分析,在一度故障的基础上,依据其各自特点建立控制系统表达式。
　　3、采用基于模型自适应状态观测器的模式设计了自适应容错控制的方案,分别讨论了传感器及执行器故障情况下控制系统仍能保持稳定的条件,在此过程中,将控制系统表达式转化为线性矩阵不等式(LMI,Linear Matrix Inequality),并通过对LMI的求解来得到保证控制系统稳定的充分条件。
　　4、最后,对RLV的具体硬件故障加以分析,并分别针对传感器及执行器故障的情况进行仿真,从而验证了容错控制器的有效性和可行性。对RLV全程进行六自由度非线性数学仿真,模拟验证了故障情况下RLV的工作过程。

目录

重复使用飞行器自适应容错控制技术研究

Research on Adaptive Fault-tolerant Control System of Reusable Launch Vehicle

摘要

Abstract

第1章 绪论

1.1 研究的背景、目的及意义

1.2 可重复使用飞行器的发展历史与现状

1.3 容错控制问题的研究现状

1.4 论文的工作要点和内容安排

第 2 章 可重复使用飞行器的模型建立

2.1 引言

2.2 RLV中的坐标系及角度

2.3 模型建立

2.4 本章小结

第 3 章 容错控制基本理论和数学准备

3.1 引言

3.2 Lyapunov稳定性理论

3.3 线性矩阵不等式

3.4 LMI工具箱简介

3.5 本章小结

第 4 章 自适应容错控制系统设计

4.1 引言

4.2 容错控制方案研究

4.3 基于传感器故障的容错控制

4.4 基于执行器故障的容错控制

4.5 本章小结

第 5 章 重复使用飞行器容错控制系统仿真及分析

5.1 引言

5.2 重复使用飞行器故障情况

5.3 RLV控制系统仿真及分析

5.4 RLV全程六自由度仿真及分析

5.5 本章小结

第 6 章 结 论

参考文献

攻读硕士学位期间所发表的学术论文

哈尔滨工业大学硕士学位论文原创性声明

致 谢