斜翼近空間飛行器的建模與飛行控制.pdf

1、近空間飛行器(NSV: Near-Space Vehicle)由于其顯著的軍/民兩用價(jià)值得到了世界各國(guó)的關(guān)注，近年來(lái)更成為各國(guó)的研究重點(diǎn)?，F(xiàn)有的NSV通常采用小展弦比、大后掠角的布局以獲得高速飛行時(shí)的最優(yōu)氣動(dòng)性能，但不能兼顧亞聲速和跨聲速時(shí)的氣動(dòng)性能。為了解決飛行器低速飛行和高速飛行時(shí)不同空氣動(dòng)力特性要求的問(wèn)題，斜置機(jī)翼得到了大量的研究和關(guān)注。因此斜翼近空間飛行器(NSVOW:Near-Space Vehicle with Obliqu

2、e Wing)的建模和飛行控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)是一項(xiàng)創(chuàng)新而又富有挑戰(zhàn)的課題。本文針對(duì)這一問(wèn)題，對(duì)NSVOW進(jìn)行建模與分析，并研究了具有不確定和輸入回滯下的NSVOW姿態(tài)控制方法以及NSVOW控制分配技術(shù)。論文主要工作內(nèi)容如下：
　　首先，建立了NSVOW非線(xiàn)性飛行運(yùn)動(dòng)數(shù)學(xué)模型。根據(jù)牛頓第二定律和慣性定律，結(jié)合NSVOW非對(duì)稱(chēng)布局和氣動(dòng)特性，推導(dǎo)了NSVOW六自由度十二狀態(tài)方程，為NSVOW飛行控制問(wèn)題的研究提供了較為完整的非線(xiàn)性模型。同時(shí)

3、利用串聯(lián)控制結(jié)構(gòu)思想給出了 NSVOW控制系統(tǒng)的總體設(shè)計(jì)思路，并將姿態(tài)系統(tǒng)模型方程轉(zhuǎn)化為仿射非線(xiàn)性方程形式。
　　然后，針對(duì)具有參數(shù)不確定和外界干擾的NSVOW系統(tǒng)，設(shè)計(jì)了NSVOW魯棒姿態(tài)控制器。利用泛函連接網(wǎng)絡(luò)(FLANN)計(jì)算量小的特性，研究了基于FLANN的干擾觀測(cè)器(FLANDO)，對(duì)NSVOW所受到的復(fù)合干擾進(jìn)行逼近，并將FLANDO與滑?？刂坡上嘟Y(jié)合，給出了基于泛函連接網(wǎng)絡(luò)干擾觀測(cè)器的滑?？刂品椒?，推導(dǎo)了 FLANN

4、權(quán)值自適應(yīng)律，并利用Lyapunov穩(wěn)定定理證明了閉環(huán)系統(tǒng)的穩(wěn)定性。仿真結(jié)果表明，所設(shè)計(jì)的控制律能夠較好地補(bǔ)償復(fù)合干擾對(duì)系統(tǒng)的影響，實(shí)現(xiàn)姿態(tài)角的有效控制。
　　接著，研究了具有輸入回滯的NSVOW姿態(tài)控制律設(shè)計(jì)問(wèn)題。引入類(lèi)反斜線(xiàn)回滯(Backlash-like Hysteresis)模型，將其分解為一線(xiàn)性部分和一上界已知的未知非線(xiàn)性部分，設(shè)計(jì)滑?？刂坡筛櫹到y(tǒng)期望輸出。同時(shí)將所設(shè)計(jì)的滑?？刂坡膳cFLANDO相結(jié)合，推導(dǎo)了能保證系統(tǒng)

5、所有誤差信號(hào)有界的權(quán)值自適應(yīng)律，以消除回滯特性和復(fù)合干擾對(duì)NSVOW系統(tǒng)的影響。仿真結(jié)果表明該方法對(duì)具有回滯輸入和復(fù)合干擾的NSVOW姿態(tài)系統(tǒng)控制效果良好。
　　最后，研究了NSVOW控制分配問(wèn)題。將有效集方法(Active Set)引入控制分配方法的設(shè)計(jì)，給出了SLS(Sequential least squares)的控制分配算法。該算法性能函數(shù)的選擇使得在進(jìn)行控制力矩分配時(shí)能同時(shí)兼顧操縱面位置變化及其變化率，同時(shí)將該算法應(yīng)用