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高速再入飞行器的制导与控制系统设计

针对高速再入飞行器模型的快时变,强耦合,严重非线性的特点,采用反馈线性化方法,设计了自动驾驶仪;同时采用最优制导律设计与理想速度曲线相结合的方法,设计了能同时保证末端制导精度及速度方向,大小的制导律。最后,进行了六自由度仿真,结果表明,设计的制导律及控制方案是合理,有效的,易于实现。

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第 2 3卷第 2期 20 0 2年 3月

Vo . 3 No. 1g 2 M a. r 2 002

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文章编号:0 06 9 ( 0 20 1 0 8 3 2 0 )2叭 1- 5 5,0

高速再入飞行器的制导与控制系统设计 连葆华,平远,崔祜涛崔 (尔滨工业大学深空探测基础研究中心黑龙江哈尔滨 1 0 0 )哈 50 1

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摘要:对高速再^飞行器模型的快时变,耦合,重非线性的特点,用反馈线性化方法,计了自动针强严采设

驾驶仪;同时采用最优制导律设计与理想速度曲线相结合的方法,设计了能同时保证末端制导精度及速度方 向、小的制导律。最后、行了六自由度仿真果表明:计的制导律及控制方案是舍理、效的于实大进结设有易 现

关键词:^飞行器;制导;制;反馈线性化;最优化再控中田分类号: 4 . V2 9 1文献标识码: A

A s r c:An a t p l t d s g c e ei r s n e t e d a k l e r a i n t c n q g i s h a tt— b ta t u o i e i n s h m sp e e t d wih f e b c i a i t e h iuea an t e f s i o n z o t me v r i g,s r n o p i g a d h g o l e r s s e o h ih s e d r e t y a r c a td n mis a yn t o g c u l n ih n n i a y tm ft e h g p e e n r e o r ̄ y n n a c .Fu t e— r h r mo e.。 g i a c a s p

o o e y u i g a c mb n to f o tma u d n e lw e in wih ie lv l c t r u d n e l w i r p s d b sn o i a i n o p i l g i a c a d sg t d a e o i y c r e a p o c . Th e mia u d n e a c r c u v p r a h e t r n l g ia c c u a y,t ie t n a d a l u e o h e o r f e o iy a e e h d r c i n mp i d f t a r c a t v l ct r o t e g a a t e y u i g t e d rv tv u d n e l w. F n l 6 DOF sm u a i n r d a e n a k n f u r n e d b s n h e i a i e g i a c a ial yt i l t s a e ma e b s d o i d o o r e tya r cat e n r e o r ̄ .Th e u t h w h tt e p o o e o t o c e n h u d n e l w a er t n l e f e r s lss o t a h r p s d c n r ls h me a d t g ia c r a i a, fi e a o— c n n a y f ri lme t to i t d e s o mp e n a in e a Ke o d}r e t y a r c a t u d n e;c n r l e d a k l e rz t n;o tma y w r s e n r e c r f;g i a c o t o;f e b c i a ia i n o pi l

对于高速再入飞行器来说,由于高速及大空域飞行,空气密度及速度变化很大,导弹动力学的参数变化较一般飞行器模型更加剧烈;空气动力学特性也有相应的改变,道间的耦合作用更加通严重,其是俯仰及偏航通道对滚动通道的耦合尤作用,于升降舵和偏航舵的偏转产生很大的滚由转力矩,们的共同作用效果与滚动通道的舵效它相当,至大大超过滚动舵所能提供的控制力矩,甚 因此,照一般的设计方法,动通道将很难稳按滚定,而大的滚转角速率又使得模型无法解耦,重严影响了其它两个通道控制系统的设计;同时,大攻角使气动参数的非线性加重了,传统的以系数用冻结法为基础的 P

D方法设计控制系统十分困 I

究成果各有侧重地在一定程度上解决了一些耦台、线性和时变的问题,是对于高速再人飞行非但

器这种同时具有严重非线性、快时变及强耦台的对象,目前还投有突破性的研究成果。文针对高本 速再人飞行器的特点,用反馈线性化方法设计采

了控制系统,并取得了比较满意的仿真结果。 值得注意的是,导系统设计的优劣决定了制

高速再人飞行器能否满足制导要求。传统的比例 导引法,只能将飞行器引导到目标,而无法满足对飞行器终端状态提出的任何要求,种改进的制各

导律设计方法,者改善了弹道特性]或者提或,高了制导系统的鲁棒性口,无法提供对终端状]仍态的保证而对于高速再人飞行器来说,为保证末 制导系统的正常工作,导律的设计既要保证足制够的制导精度,又要使飞行器以一定的方向和速

难。国内外很多学者针对飞行器模型的非线性或 不确定性进行了广泛的研究,比如: . s N.Sn h, ig M.S ib r t eg及 J n .Y. h i人针对动力学参数 C o等的不确定性运用反馈线性化技术设计了自动驾驶仪] I。相关的研究还有一些,管已有的各种研 尽 收稿日期;O 1O 9 g0一 31}惨订 1;0 10 0 3期 2 0 63文章圈址=t}/ ht,~ p b x . e.n h x/ 0 2 O/ l k bⅡ tc/ k h 2 O/ 2 0 1/ 5

度达到目标。要设计满足这一要求的制导律,最好的方法是采用最优化方法,目标要求全部体现将在优化指标中。这样做,解过程将变得十分复但求 杂,需要进行各种假设和简化,而且往往得不到解

析解 使得到解析解,果通常也并不是最优即结

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