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基于自适应H_∞的重型运载火箭姿态控制方法研究

作　者: 赵小平
导　师: 穆荣军
学　校: 哈尔滨工业大学
专　业: 飞行器设计
关键词: 自适应 H_∞控制重型运载火箭姿态控制
分类号: V448.1
类　型: 硕士论文
年　份: 2012年
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内容摘要

新一代重型运载火箭在动力学上表现出很多与以往不同的新特点，主要表现为飞行参数变化范围较大和弹性振动剧烈等。传统的姿态控制方法将不能在这里继续得到良好的控制效果，因此需要研究新型的、适用于其特点的姿态控制方法。本文对自适应 H_∞控制在重型运载火箭姿态控制中的应用进行了研究。首先，文章详细调研了国内外各型重型运载火箭的发展动态，深入分析了其独特属性对于姿态控制效果的影响，以及各种运载火箭姿态控制方法的优缺点。在此基础之上，提出了使用自适应H_∞控制方法进行重型运载火箭姿态控制研究的方案。其次，建立了符合重型运载火箭动力学特点的数学模型，深入分析了其与一般大型运载火箭之间的不同，突出了其特点。为后续的姿态控制方法研究奠定了基础。然后，在鲁棒控制基础理论的基础上，讨论了标准鲁棒H_∞控制问题。并利用μ综合的方法，采用混合灵敏度法设计了鲁棒H_∞控制器的方法，分析了其对指令信号的响应情况，以及对弹性振动的抑制作用。再次，在研究了自适应H_∞控制方法的基本理论与基本方法的基础之上，讨论了使用参数投影技术解决自适应H_∞控制问题的可行性和具体实施方法，并依此设计了相应的姿态控制器，并进行了仿真分析。最后对两种控制方法在重型运载火箭姿控问题中的适用性进行了讨论，分析了各自的特点，并最终得出了结论。

全文目录

摘要  3-4
Abstract  4-7
第1章绪论  7-16
  1.1 研究的目的及意义  7-8
  1.2 重型运载火箭的研究现状  8-13
    1.2.1 美国  8-11
    1.2.2 前苏联  11-12
    1.2.3 我国重型运载火箭的前景  12-13
  1.3 运载火箭姿态控制技术的研究现状  13-15
  1.4 本文的主要研究内容  15-16
第2章重型运载火箭数学模型的建立  16-33
  2.1 引言  16
  2.2 坐标系的定义及转换关系  16-21
    2.2.1 坐标系的定义  16-17
    2.2.2 坐标系的转换  17-21
  2.3 重型运载火箭数学模型  21-32
    2.3.1 刚性箭体运动方程  21-27
    2.3.2 弹性振动方程  27-28
    2.3.3 干扰力与干扰力矩  28-29
    2.3.4 姿态运动方程的一般形式  29-32
  2.4 重型运载火箭动力学特点分析  32
  2.5 本章小结  32-33
第3章鲁棒 H_∞控制方法及控制器设计  33-55
  3.1 引言  33
  3.2 鲁棒控制的基本理论  33-38
    3.2.1 小增益定理  33-34
    3.2.2 线性分式变换与 P-K-Δ形式  34-35
    3.2.3 结构奇异值  35
    3.2.4 标称稳定性与标称性能  35-36
    3.2.5 鲁棒稳定性与鲁棒性能  36-37
    3.2.6 灵敏度函数及补灵敏度函数  37-38
    3.2.7 系统的性能分析  38
  3.3 鲁棒 H_∞控制  38-45
  3.4 鲁棒 H_∞控制器设计  45-54
    3.4.1 加权函数的选取  46
    3.4.2 仿真算例  46-54
  3.5 本章小结  54-55
第4章自适应 H_∞控制方法及控制器设计  55-75
  4.1 引言  55
  4.2 自适应 H_∞控制问题  55-64
    4.2.1 参数投影技术  56-61
    4.2.2 自适应 H_∞问题  61-64
  4.3 自适应 H_∞控制器设计  64-74
    4.3.1 仿真算例  67-74
  4.4 本章小结  74-75
结论  75-77
参考文献  77-81
致谢  81

基于自适应H_∞的重型运载火箭姿态控制方法研究

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