高超声速飞行器的鲁棒控制和可视化研究（可复制论文）.pdf

西北工业大学硕士论文摘要
摘要
和普通的飞行器相比,高超声速飞行器的飞行包络线范围更大,飞行环境
更加复杂,因此,高超声速飞行器对飞行稳定性和机动性能的要求更高。鲁棒
控制的目标就是为了当系统存在不确定性时,在某种程度上保持系统的稳定性
和一定的动态性能。高级可视化仿真研究就是把技术,虚拟现实技术和系
统仿真技术综合应用于系统的模拟和性能分析中。论文在研究控制器设计时考
虑的不确定性包括系统状态矩阵,控制输入矩阵以及控制器自身的不确定性,
控制器的不确定性均采用了一定的约束描述。
论文的工作大体上包括,不确定系统鲁棒控制器设计方法的研究,控制器
设计在飞行器飞行控制中的应用研究,飞控系统可视化仿真的研究。具体研究
工作包括同时考虑三种参数不确定性的存在,分析和推导了三种控制器的
存在条件和设计方法结合实例对比和讨论了求解方程和两种方法
分析了某型高超声速验证机的非线性模型,采用多点线性化的方法确定了用
于控制的飞行器模型,进而实现了对飞行器高度的保持和对速度指令的跟踪
分析了某型再入验证机横侧向运动学模型,建立了整个数字仿真的流程,实现
了再入着陆过程中对滚转角的快速跟踪假定飞机存在阵风干扰、分别考虑在
某性能指标要求下和系统存在模糊执行器故障的情况下,保证某型飞机飞行的
稳定性,实现了对攻角变化的抑制。结合自身的研究工作,确定了飞控系统
可视化仿真的内容,给出了仿真的流程,最后建立了一个简单的可视化仿真平
台。该部分的工作点包括,虚拟场景和三维模型的建立,交互界面的编制,内
部仿真算法实现,数据实时驱动模型,数字仿真功能的实现。
线性矩阵不等式技术是近年来控制领域中研究各个方面问题的有效
工具,控制器的分析与综合等问题可以转化为问题的求解。论文是利用
技术来实现鲁棒控制器的设计,可视化仿真平台是在环境下,利用结合
编程实现的。
关键词高超声速飞行器飞控系统鲁棒控制脆弱性
线性矩阵不等式可视化仿真
两北丁业大学硕卜论文












































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西北工业大学硕士论文第一章绪论
第一章绪论
选题背景和意义
航空与航天两大技术存在不可分离的联系和很强的互补性。因为无论什么
航天器进出太空,都必须穿越大气层与空气打交道,后者显然属于航空技术范
畴。航空与航天紧密联系的必然结果导致了人们对一种既能在大气层内飞行,
又能在大气层外航行、水平起飞、水平降落的新型飞行器的构想。从起初
的空天飞机概念到如今的可重复使用运载器高超声速飞行器的研
究经历了几十年,确实取得了一些进展,但还没有取得最终期望的成果。
我国虽然在这方面起步较晚,但最近几年,我国正就发展高超声速飞行器关键
技术中的核心问题进行研究。其中要解决的项关键技术中就包括,高超声速
技术,高机动飞行技术,长距离空天飞行技术,可靠性技术等。在年下半
年,“空天安全若干重大基础问题”课题己经立项。最近几年,国家高技术
航空航天领域也成立了以“可重复使用天地往返运输系统技术”为主题的小组。
我国己经逐步加大了对高超声速飞行器相关技术的研究。
高超音速飞行器飞行高度和马赫数跨度范围大,运行环境非常复杂。在飞
行过程中,飞行器的气热特性和气动特性是剧烈变化的。因此,保证飞行器在
较大的范围内飞行的稳定性是至关重要的同时飞行器为了完成一定的使命,
必须具有一定的机动性能,这也是设计时要考虑的一个重要方面。
航空、航天飞行器本身是一个可能包括环境控制与生命保障系统,气动力、
热、结构和强度,轨道、姿态运动学和动力学,导航、制导和控制系统、热控系
统等在内的、技术极为复杂的产品。各分系统的仿真模拟过程都是十分复杂的。
近年来随着计算机技术,特别是虚拟现实技术的发展,航
空航天飞行器的仿真,测试和运行在概念和方法上有了新的飞跃。
高超声速飞行器发展概况
年代末,关国就进行了高超声速验证机的首次飞行试验。从世
纪年代初美国空军开始研制跨火气层飞行器着力研究发展高超声速
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西北工业大学硕士论文第一章绪论
第一章绪论
选题背景和意义
航空与航天两大技术存在不可分离的联系和很强的互补性。因为无论什么
航天器进出太空,都必须穿越大气层与空气打交道,后者显然属于航空技术范
畴。航空与航天紧密联系的必然结果导致了人们对一种既能在大气层内飞行,
又能在大气层外航