飛行器復(fù)合控制方法研究.pdf

1、現(xiàn)代飛行器的飛行空域不斷擴(kuò)大。當(dāng)飛行器在稀薄大氣層中飛行時(shí),其上的氣動(dòng)舵面效率下降,單獨(dú)使用氣動(dòng)舵面已無(wú)法滿(mǎn)足控制需求;當(dāng)飛行器在外太空飛行時(shí),氣動(dòng)舵面起不到控制作用。因此,采用氣動(dòng)力/直接力復(fù)合方式控制飛行器的研究得到了廣泛關(guān)注,而其姿態(tài)控制方法是研究重點(diǎn)之一。
　　本文從混合動(dòng)態(tài)系統(tǒng)的角度出發(fā),研究氣動(dòng)力/直接力復(fù)合控制飛行器(簡(jiǎn)稱(chēng)為復(fù)合控制飛行器)的姿態(tài)控制方法。根據(jù)飛行力學(xué)理論,得出復(fù)合控制飛行器的姿態(tài)運(yùn)動(dòng)數(shù)學(xué)模型。然后,

2、分析氣動(dòng)力和直接力執(zhí)行機(jī)構(gòu)的特性,建立二者的數(shù)學(xué)模型,結(jié)合上述成果,建立復(fù)合控制飛行器姿態(tài)控制系統(tǒng)的數(shù)學(xué)模型。通過(guò)分析飛行器的數(shù)學(xué)模型和控制方案可以發(fā)現(xiàn),復(fù)合控制飛行器的姿態(tài)控制系統(tǒng),在同一時(shí)刻,既存在連續(xù)狀態(tài)的演化(例如姿態(tài)角的變化),又存在離散事件的發(fā)生(例如單獨(dú)氣動(dòng)力控制方式和復(fù)合控制方式之間的轉(zhuǎn)換),因此,該系統(tǒng)是一個(gè)混合動(dòng)態(tài)系統(tǒng),混合動(dòng)態(tài)系統(tǒng)理論可以有效地指導(dǎo)該系統(tǒng)的設(shè)計(jì)。采用混合自動(dòng)機(jī)描述復(fù)合控制飛行器姿態(tài)控制系統(tǒng),提出姿態(tài)

3、分層協(xié)調(diào)控制策略,包括分層協(xié)調(diào)控制系統(tǒng)框架,以及協(xié)調(diào)級(jí)和執(zhí)行級(jí)兩級(jí)控制器的設(shè)計(jì)方法。協(xié)調(diào)級(jí)控制采用離散事件系統(tǒng)理論設(shè)計(jì),執(zhí)行級(jí)控制器采用連續(xù)變量理論設(shè)計(jì)。按照提出的控制策略,針對(duì)某復(fù)合控制飛行器,構(gòu)建其分層協(xié)調(diào)控制系統(tǒng)框架,設(shè)計(jì)其姿態(tài)控制的分層協(xié)調(diào)控制器,并對(duì)設(shè)計(jì)結(jié)果進(jìn)行數(shù)字仿真。首先,通過(guò)仿真說(shuō)明采用復(fù)合控制的必要性。然后,對(duì)姿態(tài)控制系統(tǒng)的控制效果、抗干擾性和魯棒性進(jìn)行了仿真分析。仿真結(jié)果表明,設(shè)計(jì)結(jié)果能夠滿(mǎn)足該飛行器的姿態(tài)控制性能要