高超聲速飛行器姿態(tài)控制與控制分配研究.pdf

1、可重復使用航天運載器（Reusable Launch Vehicle，RLV）因具有多次利用、跨空域飛行、在軌機動、指定區(qū)域返航的優(yōu)勢，成為各國爭相研究發(fā)展的焦點。RLV研制是一項復雜的系統(tǒng)工程，涉及氣動外形設計、推進系統(tǒng)設計、熱防護系統(tǒng)設計、飛行控制系統(tǒng)設計等諸多技術，特別是 RLV調姿段與再入段的姿態(tài)控制與多種執(zhí)行機構的控制分配問題是RLV飛行控制系統(tǒng)研制過程中具有挑戰(zhàn)性的課題之一。鑒于此，本文圍繞RLV調姿段與再入段的姿態(tài)控制與控

2、制分配問題展開研究。
　　本文首先建立了RLV姿態(tài)控制的數(shù)學模型，基于非線性動態(tài)逆理論將RLV調姿段系統(tǒng)模型分為內(nèi)外回路，利用Lyapunov函數(shù)證明內(nèi)外閉環(huán)回路的穩(wěn)定性。針對RLV系統(tǒng)的不確定性，提出基于滑模變結構控制理論設計雙滑模變結構姿態(tài)控制律，并分析該RLV閉環(huán)控制系統(tǒng)的穩(wěn)定性。對所設計的姿態(tài)控制系統(tǒng)進行Matlab仿真驗證，結果表明雙滑模變結構控制策略能降低RLV非線性系統(tǒng)模型對控制系統(tǒng)性能要求，姿態(tài)控制效果較好，但存在

3、微弱抖振現(xiàn)象。其次，針對雙滑模變結構姿態(tài)控制的抖振問題，利用非線性動態(tài)逆理論對 RLV系統(tǒng)模型進行嚴格線性化處理，基于反步法控制理論設計 RLV姿態(tài)控制器。提出利用神經(jīng)網(wǎng)絡自適應在線函數(shù)逼近解決反步法控制系統(tǒng)“微分爆炸”問題，并證明了該閉環(huán)控制系統(tǒng)穩(wěn)定性。最后進行Matlab仿真驗證，結果表明控制策略響應時間縮短50％，姿態(tài)控制效果顯著。最后，針對RLV再入段姿態(tài)控制與異類執(zhí)行機構控制分配問題，提出了一種整合整數(shù)線性規(guī)劃算法進行RLV執(zhí)