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天基再入高超声速飞行器制导方法研究

作　者: 廖海君
导　师: 关英姿
学　校: 哈尔滨工业大学
专　业: 飞行器设计
关键词: 天基高超声速飞行器标准轨道制导法 LQR跟踪控制航向角误差走廊
分类号: V448.235
类　型: 硕士论文
年　份: 2010年
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内容摘要

本文对天基再入高超声速飞行器再入制导问题进行研究,已完成以下研究:建立了天基再入飞行器的运动学模型。分析了再入过程中可能遇到的问题。完成再入走廊的设计并分析了其影响因素。在满足各种再入约束(峰值热流约束、过载约束、动压约束)和终端约束条件的前提下,研究一种在轨纵向轨迹实时生成算法,将强约束的非线性轨迹规划问题转变成单参数的搜索问题。将纵向轨迹设计成初始下降段和近似平衡滑翔段。将初始下降段轨迹设计成以恒定倾斜角进行再入。通过搜索满足转换点条件的恒定初始倾斜角来完成初始下降段的设计。通过搜索中间点倾斜角值,将近似平衡滑翔段的纵向参考轨迹简化设计成分段线性函数。数学仿真表明:该算法能够较快速地在轨生成适航的纵向参考轨迹。将天基高超声速飞行器的再入制导问题,分成纵向制导和侧向控制两个方面。通过LQR跟踪控制器跟踪纵向参考轨迹来实现纵向轨迹制导;通过航向角误差走廊约束来实现侧向轨迹控制。设置航向角误差边界值来改变倾斜角符号,从而保证航向角误差在一个较小的范围内。数学仿真表明:跟踪控制器能够完成对参考轨迹的跟踪;轨迹的侧向运动得到了很好的控制。

全文目录

摘要  4-5
Abstract  5-8
第1章绪论  8-15
  1.1 研究背景与意义  8-9
  1.2 天基高超声速飞行器  9-11
  1.3 制导算法研究综述  11-14
    1.3.1 标准轨道制导法  11-13
    1.3.2 预测-校正制导法  13-14
  1.4 本文主要研究内容  14-15
第2章飞行器再入数学模型  15-32
  2.1 引言  15
  2.2 天基高超声速飞行器再入运动学方程  15-27
    2.2.1 坐标系统及坐标变换  15-18
    2.2.2 再入大气运动方程  18-27
  2.3 纵程、横程、航程  27-28
  2.4 天基飞行器的再入问题  28
  2.5 再入约束条件  28-31
    2.5.1 过载约束  28-29
    2.5.2 热流约束  29
    2.5.3 动压约束  29
    2.5.4 滑翔段约束  29-30
    2.5.5 再入初始条件和终端约束  30-31
  2.6 本章小结  31-32
第3章再入轨迹在轨实时生成  32-51
  3.1 引言  32
  3.2 再入走廊的形成和分析  32-35
  3.3 纵向运动方程  35-37
  3.4 控制变量的设置  37-38
    3.4.1 攻角剖面的设置  37-38
    3.4.2 倾斜角的设置  38
  3.5 初始下降段  38-40
  3.6 近似平衡滑翔段  40-43
  3.7 纵向轨迹生成仿真  43-50
    3.7.1 气动模型  43
    3.7.2 再入条件和终端约束  43-44
    3.7.3 仿真结果及分析  44-47
    3.7.4 在轨实时轨迹生成仿真  47-50
  3.8 本章小结  50-51
第4章参考轨迹的跟踪与控制  51-61
  4.1 引言  51
  4.2 纵向参考轨迹的跟踪  51-54
    4.2.1 LQR 控制器基本原理  51-52
    4.2.2 LQR 跟踪控制器  52-53
    4.2.3 加权矩阵的选择  53-54
  4.3 侧向轨迹的控制  54-56
  4.4 仿真结果及分析  56-60
    4.4.1 仿真结果分析  56-60
  4.5 本章小结  60-61
结论  61-62
参考文献  62-65
攻读学位期间发表的学术论文  65-67
致谢  67

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