可重复使用运载器再入段复合控制研究

摘要

可重复使用运载器(RLV)的再入段起始于高度120km，终止于高度25Km， RLV先后经过低动压、中动压和高动压区。在整个飞行阶段，速度马赫数大，高度跨度范围宽，条件恶劣，系统非线性与耦合现象非常严重，姿态控制成为了急需解决的问题。RLV具有气动舵和反作用控制系统(RCS)两种执行机构，增加了控制设计的复杂性。本文针对RLV的姿态控制问题，通过RCS反作用控制系统控制、气动舵和 RCS复合控制以及气动舵控制过程进行分析和仿真，实现了可重复使用运载器再入段的姿态调节。
　　本研究主要内容包括：⑴假设RLV为刚体，建立RLV的气动模型和非线性6自由度数学模型；在此基础上，提出了自适应 RBF神经网络控制方法实现高动压下气动舵独立控制设计。论文采用思维进化方法初始化 RBF的参数，提出神经网络估计器和补偿器协同设计方法，减小神经网络的估计误差；通过自适应方法调节参数，快速求解舵偏角控制量；并基于李雅普诺夫函数分析系统的稳定性。⑵在飞行过程的低动压阶段，仅使用 RCS控制飞行器姿态。此阶段， RCS表现为离散的工作特性，如何得到RCS的控制力矩成为了一个难题。为此，采用了脉宽调制方法，把连续力矩离散化，并利用离散控制理论分析了系统的稳定性。为降低 RCS总冲，提高系统动态响应，引入 RCS控制死区，采用分轴和分档方法实现控制力矩的有效分配。⑶在飞行过程的中压阶段，气动效应逐渐增强，这个阶段采用气动舵和RCS两套执行机构复合控制。针对复合控制段，RCS和气动舵的力矩分配控制问题，分析了三种力矩分配控制方法，并通过仿真分析确定了按飞行包线进行函数分配的方法；针对控制切换时产生跳变的问题，引入了淡化环节；最后通过仿真实现了复合控制的姿态跟踪。

目录

声明

第1章 绪论

1.1课题研究背景及意义

1.2 课题国内外研究现状

1.3 本文研究内容与创新点

第2章 可重复使用运载器再入段模型建立

2.1 RLV模型概述

2.2 常用坐标系的定义

2.3 RLV再入段空气动力模型

2.4 RLV再入段六自由度模型

2.5 本章小结

第3章 基于自适应RBF神经网络的气动控制

3.1 气动控制问题概述

3.2 气动控制系统设计

3.3 气动控制非线性仿真

3.4 本章小结

第4章 RCS控制律设计

4.1 RCS数学建模

4.2 RCS的控制问题

4.3 RCS的控制策略

4.4 RCS非线性仿真

4.5文章小结

第5章 复合控制方法研究

5.1 复合控制切换时机

5.2 复合控制系统设计

5.3 复合控制非线性仿真

5.4 文章小结

第6章 总结与展望

参考文献

发表论文和参加科研情况说明

致谢