项目名称: 高超声速飞行器再入初始段建模与姿态控制的研究

项目编号: No.61203075

项目类型: 青年科学基金项目

立项/批准年度: 2013

项目学科: 自动化学科

项目作者: 黄煌

作者单位: 北京控制工程研究所

项目金额: 25万元

中文摘要: 针对无动力滑翔式高超声速飞行器姿态系统的三通道强耦合、非线性、参数大范围变化且难以估计、不确定性广泛存在的特点,研究多输入多输出线性时变和非线性时变系统的关联特征建模,分析耦合结构在关联特征模型中进行合理压缩的一般性规律,得到具有最小关联结构和具有最优关联结构的关联特征模型。在此基础上,给出具有分散式或分布式结构的黄金分割鲁棒自适应控制的稳定性证明。进一步结合滚动时域优化思想,解决控制受限下黄金分割鲁棒自适应控制器的设计方法。将上述控制方案应用于高超声速飞行器再入初始段姿态控制中,着重从自适应性、鲁棒性和工程易于实现的角度对不同关联结构下的控制策略进行改进和评估;设计高超声速飞行器可视化仿真演示平台。举世瞩目的美国高超声速飞行器HTV-2连续两次试飞失败都出现于再入初始段,本项目正是在这样的背景下提出的,以期为未来的高超声速飞行器姿态控制提供理论依据和可靠的控制方案。

中文关键词: 特征建模;黄金分割控制;多模型自适应控制;鲁棒自适应控制;

英文摘要: The attitude dyanmics of hypersonic vehicles is characterised by strong coupling, high nonlinearity, large-scale parameter varying and various uncertainties, which inspires us to the research of interconnected characteristic modelling of a class of multi-input-multi-output linear time-varying and nonlinear time-varying systems. In this research, the relationship between coupling structure in the plant and interconnection structure in the characteristic model is analysed, and the interconnected characteristic models over a minimal graph and an optimal graph are concluded. Stability of the system under decentralized or distributed golden-section adaptive control law is proved. Moreover, based on model predictive control, improvements are made to the golden-section adaptive control law so as to accomandate input constraints. The interconnected characteristic model and the advanced golden-section adaptive control law are applied to the initial re-entry phase of a hypersonic vehicle with a high lift-to-drag ratio, and the overall systems under different kind of control strategies are eveluated by adaptivity, robustness and feasibility. Those experiments are carried out on an animated simulation testbed. In the two subsequential failures of the well-known hypersonic vehicle HTV-2, the anomalies were detected either be

英文关键词: characteristic modeling;golden-section;multiple model adaptive control;robust adaptive control;

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