可重复使用飞行器末端能量管理轨迹规划与制导技术研究

摘要

末端能量管理是再入过程中很重要的一个阶段，具有承接再入段和自动着陆段的作用，是保证飞行器安全着陆的关键阶段。本文对可重复使用飞行器的末端能量管理段轨迹设计方法和制导方法进行研究
　　给出末端能量管理段需要用到的坐标系及坐标系之间的转化，在地面坐标系下建立可重复使用飞行器的动力学方程。给出能量走廊的定义，取相同的初始条件，选择合适的动压剖面，通过仿真分析，验证了能量走廊的有效性，同时得到标称的能量剖面。设计了地轨迹的形状，提出了改进的地轨迹设计方法，能适应更大的不确定性，具有更强的鲁棒性。
　　将制导律的设计分成纵向和横侧向两部分，给出制导总体方案。提出了制导律的设计方法，通过 PD反馈对系统的误差进行控制，通过加入前馈环节提高系统的跟踪性能，并推导了用于制导的纵向和横侧向的状态方程。最后针对直接进场、间接进场、S转弯进场三种情况进行了数值仿真，验证了制导方法的有效性和鲁棒性。
　　研究了基于滑模原理的变结构制导律设计方法，利用滑摸变结构控制具有快速响应、对参数变化及扰动不灵敏、物理实现简单等优点，对轨迹进行控制。确定滑模面和控制参数，给出控制律的具体形式，验证了滑模控制器的有效性。最后针对直接进场、间接进场、S转弯进场三种情况进行了数值仿真，验证了制导方法的有效性和鲁棒性。
　　本文研究了末端能量管理段的轨迹设计和制导方法，为可重复使用飞行器在末端能量管理段的飞行提供了参考，对我国开展相关工程实践具有很大的借鉴意义。

目录

声明

第一章 绪论

1.1 研究背景

1.2 相关技术国内外研究现状

1.3 论文研究内容与结构安排

第二章 末端能量管理轨迹规划方法

2.1 引言

2.2 末端能量管理段运动建模

2.3 能量走廊的设计

2.4 地面轨迹的设计

2.5 小结

第三章 基于稳定PD控制器加前馈的制导律设计

3.1 引言

3.2 运动状态方程的建立

3.3 PID和前馈控制器

3.4 制导律设计

3.5 制导律的可行性分析

3.6 制导律的鲁棒性分析

3.7 小结

第四章 基于滑模控制的制导律设计

4.1 引言

4.2 滑模控制器

4.3 制导律设计

4.4 制导律的可行性分析

4.5 制导律的鲁棒性分析

4.6 两种制导方法的比较分析

4.7 小结

结 束 语

致谢

参考文献

作者在学期间取得的学术成果