基于擾動(dòng)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(yùn)輸任務(wù)成本，提高航天運(yùn)載系統(tǒng)效率的一種高效空間運(yùn)載可行方案，能夠配合不同上面級(jí)完成多種空間運(yùn)輸任務(wù)，同時(shí)又可為實(shí)現(xiàn)空間運(yùn)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?rùn)C(jī)動(dòng)，具有耦合性強(qiáng)、非線性強(qiáng)、參數(shù)時(shí)變快及干擾因素多等特點(diǎn)，姿態(tài)控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)至關(guān)重要。論文以可重復(fù)使用助推器為對(duì)象，重點(diǎn)研究了基于擾動(dòng)抑制的姿態(tài)控制系統(tǒng)魯棒設(shè)計(jì)方法，主要研究?jī)?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(dòng)力學(xué)與運(yùn)動(dòng)學(xué)方程，并以攻角、側(cè)滑角和滾動(dòng)角為控制變量，針對(duì)其運(yùn)動(dòng)特點(diǎn)，提出合理簡(jiǎn)化假設(shè)，詳盡推導(dǎo)了傾斜轉(zhuǎn)彎姿態(tài)運(yùn)動(dòng)三通道耦合模型。
　　提出了一種基于等效輸入擾動(dòng)和廣義擴(kuò)張狀態(tài)觀測(cè)器的控制設(shè)計(jì)方法，將非線性、不確定性和擾動(dòng)視為施加在輸入通道上的集總擾動(dòng)，實(shí)現(xiàn)了系統(tǒng)三通道解耦和線性化，通過(guò)廣義擴(kuò)張狀態(tài)觀測(cè)器對(duì)擾動(dòng)實(shí)時(shí)估計(jì)，應(yīng)用線性狀態(tài)反饋進(jìn)行控制和補(bǔ)償，同時(shí)，閉環(huán)穩(wěn)定性也得到了證明。該方法僅需要單一觀測(cè)量，對(duì)模型和

3、擾動(dòng)信息依賴(lài)較小，不需要進(jìn)行模型變換，單點(diǎn)控制器設(shè)計(jì)即可滿(mǎn)足全局性能，且三通道設(shè)計(jì)思路一致，設(shè)計(jì)方法統(tǒng)一，極大簡(jiǎn)化了控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)復(fù)雜度。以可重復(fù)使用助推器工程算例為對(duì)象，將該方法應(yīng)用于控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)，對(duì)攻角、側(cè)滑角和滾動(dòng)角進(jìn)行跟蹤穩(wěn)定控制，結(jié)合數(shù)值仿真分析，得到了令人滿(mǎn)意的控制性能，說(shuō)明了該方法的可行性。
　　應(yīng)用增益調(diào)度PID控制和滑模動(dòng)態(tài)逆控制對(duì)可重復(fù)使用助推器工程算例控制系統(tǒng)進(jìn)行設(shè)計(jì)。增益調(diào)度以時(shí)間為調(diào)度變量，通過(guò)遺傳算法和工

4、程經(jīng)驗(yàn)原則對(duì)PID參數(shù)進(jìn)行優(yōu)化；滑模動(dòng)態(tài)逆采用單動(dòng)態(tài)逆結(jié)構(gòu)和高增益飽和函數(shù)滑模結(jié)構(gòu)進(jìn)行設(shè)計(jì)。在無(wú)擾和不同拉偏條件下對(duì)三種控制器進(jìn)行仿真對(duì)比，增益調(diào)度PID控制器和滑模動(dòng)態(tài)逆控制器均在一定不確定性和擾動(dòng)下控制失敗，而論文設(shè)計(jì)控制器則表現(xiàn)突出，跟蹤精度高，響應(yīng)迅速無(wú)延時(shí)，成功抑制了擾動(dòng)影響，驗(yàn)證了控制設(shè)計(jì)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(jì)提供一定的理論技