基于擾動抑制的可重復(fù)使用助推器魯棒姿態(tài)控制方法研究.pdf

1、可重復(fù)使用助推器是現(xiàn)階段降低空間運輸任務(wù)成本，提高航天運載系統(tǒng)效率的一種高效空間運載可行方案，能夠配合不同上面級完成多種空間運輸任務(wù)，同時又可為實現(xiàn)空間運載器系統(tǒng)完全可重復(fù)使用奠定基礎(chǔ)?？芍貜?fù)使用助推器的飛行采用傾斜轉(zhuǎn)彎機動，具有耦合性強、非線性強、參數(shù)時變快及干擾因素多等特點，姿態(tài)控制系統(tǒng)設(shè)計至關(guān)重要。論文以可重復(fù)使用助推器為對象，重點研究了基于擾動抑制的姿態(tài)控制系統(tǒng)魯棒設(shè)計方法，主要研究內(nèi)容和成果如下：
　　建立了可重復(fù)使用助

2、推器質(zhì)心和繞質(zhì)心動力學與運動學方程，并以攻角、側(cè)滑角和滾動角為控制變量，針對其運動特點，提出合理簡化假設(shè)，詳盡推導了傾斜轉(zhuǎn)彎姿態(tài)運動三通道耦合模型。
　　提出了一種基于等效輸入擾動和廣義擴張狀態(tài)觀測器的控制設(shè)計方法，將非線性、不確定性和擾動視為施加在輸入通道上的集總擾動，實現(xiàn)了系統(tǒng)三通道解耦和線性化，通過廣義擴張狀態(tài)觀測器對擾動實時估計，應(yīng)用線性狀態(tài)反饋進行控制和補償，同時，閉環(huán)穩(wěn)定性也得到了證明。該方法僅需要單一觀測量，對模型和

3、擾動信息依賴較小，不需要進行模型變換，單點控制器設(shè)計即可滿足全局性能，且三通道設(shè)計思路一致，設(shè)計方法統(tǒng)一，極大簡化了控制系統(tǒng)設(shè)計復(fù)雜度。以可重復(fù)使用助推器工程算例為對象，將該方法應(yīng)用于控制系統(tǒng)設(shè)計，對攻角、側(cè)滑角和滾動角進行跟蹤穩(wěn)定控制，結(jié)合數(shù)值仿真分析，得到了令人滿意的控制性能，說明了該方法的可行性。
　　應(yīng)用增益調(diào)度PID控制和滑模動態(tài)逆控制對可重復(fù)使用助推器工程算例控制系統(tǒng)進行設(shè)計。增益調(diào)度以時間為調(diào)度變量，通過遺傳算法和工

4、程經(jīng)驗原則對PID參數(shù)進行優(yōu)化；滑模動態(tài)逆采用單動態(tài)逆結(jié)構(gòu)和高增益飽和函數(shù)滑模結(jié)構(gòu)進行設(shè)計。在無擾和不同拉偏條件下對三種控制器進行仿真對比，增益調(diào)度PID控制器和滑模動態(tài)逆控制器均在一定不確定性和擾動下控制失敗，而論文設(shè)計控制器則表現(xiàn)突出，跟蹤精度高，響應(yīng)迅速無延時，成功抑制了擾動影響，驗證了控制設(shè)計方法的有效性和魯棒性。
　　論文較系統(tǒng)地研究了可重復(fù)使用助推器魯棒姿態(tài)控制方法，研究工作可為高精度飛行器控制系統(tǒng)設(shè)計提供一定的理論技