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可重复使用运载器再入制导研究

作　者: 潘乐飞
导　师: 李新国
学　校: 西北工业大学
专　业: 飞行器设计
关键词: 可重复使用运载器再入制导标准轨道法预测制导衍化的加速度制导预测-校正参数优化
分类号: V448.2
类　型: 硕士论文
年　份: 2006年
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引　用: 5次
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内容摘要

未来的可重复使用运载器将追求更高的性能对制导和控制系统提出了更高的要求。尽管标准轨道法已成功应用多年,但该方法需要在执行飞行任务前花费大量的时间初始化参考飞行轨迹。对于未来的可重复使用运载器来说,该方法缺少在不确定任务下对各种复杂飞行任务的自治能力和鲁棒性。制导方法大概可以分为两大类:基于参考弹道的标准轨道法和预测制导法。第一种方法是根据飞行任务预先定义一条参考弹道,在飞行中把实际值和理论值的偏差信号作为控制器的输入,控制飞行器按照参考弹道飞行。预测制导法是根据当前的飞行状态由机载计算机实时(优化)求解剩余飞行段的控制量。随着机载计算机计算速度的不断提高,预测制导显示出广阔的应用前景。本文对可重复使用运载器的再入制导方法进行了综合研究。主要内容有: 1) 再入制导的基本理论。建立了再入运动模型,并对再入约束条件、控制量的选取及其求解方法进行了详细的论述。 2) 标准轨道法。给出了再入走廊的计算方法,阐述了参考阻力加速度-速度剖面的规划和跟踪问题。 3) 衍化的加速度制导法。在标准轨道法的理论基础上,研究了如何把规划参考阻力加速度剖面的问题转化为一维参数优化问题。 4) 预测-校正再入制导法。在考虑热流、动压等约束条件下,设计了预测-校正再入制导方法;应用参数优化理论研究了设计控制量参考剖面及对参考控制量进行校正的方法。

全文目录

摘要  4-5
ABSTRACT  5-6
符号及缩略语说明  6-7
目录  7-10
第1章绪论  10-18
  1.1 可重复使用运载器概述  10-12
  1.2 再入制导问题的提出和意义  12-14
    1.2.1 RLV飞行过程简介  12-13
    1.2.2 再入所面临的问题  13
    1.2.3 RLV对制导系统的新要求  13-14
  1.3 研究背景  14-16
    1.3.1 再入制导方法分类  14
    1.3.2 典型的制导方法  14-16
  1.4 本文的主要工作  16-18
第2章再入制导基本原理  18-28
  2.1 再入运动方程  18-19
  2.2 纵程、横程、航程  19-20
  2.3 再入约束条件  20-23
    2.3.1 再入机体约束：  20-21
    2.3.2 再入走廊  21-22
    2.3.3 再入终端约束  22-23
  2.4 控制量的选取  23-24
    2.4.1 迎角控制  23-24
    2.4.2 倾侧角控制  24
  2.5 控制量的求解  24-28
    2.5.1 最优控制的数学描述  24-25
    2.5.2 优化理论  25-26
    2.5.3 最优控制问题转化为参数优化问题  26-28
第3章标准轨道制导方法  28-42
  3.1 概述  28
  3.2 再入走廊的计算  28-31
    3.2.1 纵向再入走廊的计算  29-30
    3.2.2 侧向再入走廊  30-31
  3.3 参考阻力加速度的设计及相应的参考量的求解  31-36
    3.3.1 参考阻力加速度剖面的设计  31-32
    3.3.2 参考航程的估算  32-34
    3.3.3 相应参考值的确定  34-36
  3.4 跟踪标准轨道的制导方法  36-40
    3.4.1 纵向再入制导方法  37-40
    3.4.2 侧向制导  40
  3.5 小结  40-42
第4章衍化的加速度制导方法  42-56
  4.1 以能量为自变量的运动模型  42-43
  4.2 弹道规划算法  43-46
    4.2.1 预测剩余航程  43
    4.2.2 参考阻力加速度剖面的生成  43-44
    4.2.3 侧向管理  44-45
    4.2.4 满足末端航向限制  45-46
    4.2.5 再入约束条件的处理  46
  4.3 弹道跟踪算法  46-48
    4.3.1 计算参考高度变化率及参考升阻比  46-47
    4.3.2 跟踪参考阻力加速度的制导方法  47-48
  4.4 EAGLE方法仿真及结果分析  48-55
    4.4.1 仿真程序流程图  48
    4.4.2 仿真数据  48-50
    4.4.3 仿真结果及分析  50-55
  4.5 小结  55-56
第5章预测—校正制导方法  56-80
  5.1 研究背景  56-57
  5.2 优化算法  57-63
    5.2.1 单纯形优化过程简介  57-59
    5.2.2 单纯形法迭代步骤  59-62
    5.2.3 惩罚函数  62-63
  5.3 预测—校正制导方法建模  63-68
    5.3.1 再入过程分段  64-65
    5.3.2 初始控制向量参考剖面设计  65-66
    5.3.3 校正量设计  66-67
    5.3.4 落点预测函数  67-68
    5.3.5 控制向量名义剖面的求解及校正过程  68
  5.4 仿真计算  68-79
    5.4.1 仿真程序流程图  69
    5.4.2 仿真数据  69-70
    5.4.3 仿真测试结果  70-77
    5.4.4 仿真的稳定性分析  77-78
    5.4.5 仿真的实时性分析  78-79
  5.5 小结  79-80
第6章总结及进一步讨论  80-82
  6.1 总结  80-81
  6.2 进一步讨论  81-82
攻读硕士学位期间发表的论文  82-83
致谢  83-84
参考文献  84-87
知识产权声明书和原创性声明  87

可重复使用运载器再入制导研究

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