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基于鲁棒增益调度的可重复使用助推器控制系统研究

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目录

基于鲁棒增益调度的可重复使用助推器控制系统研究

Research on Control System of ReusableBoosted Vehicle Based on Robust GainScheduling

摘 要

Abstract

目 录

第1章 绪 论

1.1 课题背景及研究的目的和意义

1.2可重复使用助推器的发展历史与现状

1.3可重复使用助推器控制律研究现状

1.4 论文的工作要点和内容安排

第2章 RBV运动模型的建立

2.1 坐标系与角度的定义

2.2 RBV非线性模型的建立

2.3 RBV线性化模型的建立

2.4 本章小结

第3章 鲁棒控制与增益调度基本理论

3.1 鲁棒控制的数学基础

3.2 系统不确定性描述

3.3 综合设计方法

3.4 增益调度基本原理

3.5 本章小结

第4章 鲁棒增益调度控制器设计

4.1 调度变量与特征点的选取

4.2 特征点鲁棒控制器设计

4.3 本章小结

结 论

参考文献

哈尔滨工业大学硕士学位论文原创性声明

哈尔滨工业大学硕士学位论文使用授权书

哈尔滨工业大学硕士学位涉密论文管理

致 谢

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摘要

航天运载器实现可重复使用是降低航天运输成本,提高运载能力和发射频度的必由之路。可重复使用助推器(RBV,Reusable Boosted Vehicle)是一种可以动力返回、滑行着陆的可重复使用飞行器。由于存在非线性、时变、动力学耦合、气动耦合、惯性耦合以及大攻角机动等特征,其控制系统的设计显得尤为困难。本文对RBV再入段姿态控制系统的设计理论和方法进行研究,采用鲁棒控制中的m综合理论与增益调度控制结合的方式设计控制器。一方面,运用鲁棒控制保证系统在存在不确定性时的稳定性;另一方面,运用增益调度控制减小鲁棒控制带来的保守性。本文的主要研究内容有如下几方面:
  1、针对RBV的特点,建立RBV再入段非线性运动模型。在此基础上,采用小扰动线性化方法对其运动模型进行线性化。
  2、鲁棒增益调度控制器的设计。
  根据传统增益调度设计的四个步骤:第一步,选择适当的调度变量;第二步,选取适当的特征点;第三步,在各特征点处设计鲁棒控制器,控制器采用三通道独立设计,将通道间的气动耦合和惯性耦合视为干扰,列入不确定性的范围。考虑测量噪声和外部干扰,将这些因素统一用不确定性模块来描述。选择适当的权函数将不确定性和外部输入输出信号标准化,进而将RBV的控制系统结构转化成标准m综合设计结构。以上步骤完成后,采用D-K迭代算法可以设计出特征点的鲁棒控制器,然后将设计出的控制器代入闭环系统,分析其鲁棒稳定性和鲁棒性能。由于D-K迭代算法得到的控制器阶数较高,为了实际工程应用的可行性,本文采用平衡截断法对控制器进行降阶;第四步,通过插值得到特征点之间的特征点对应的控制器,由于鲁棒控制器结构与阶数的不确定性,所以本文采用控制信号插值法,对控制器的输出信号进行插值,得到RBV全局非线性控制器。
  3、最后,通过六自由度非线性数学仿真,验证了所设计的控制器的有效性和可行性。

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