高超声速飞行器控制一体化优化设计

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1、第４５卷第６期南京航空航天大学学报Ｖｏｌ．４５Ｎｏ．６２０１３年１２月ＪｏｕｒｎａｌｏｆＮａｎｊｉｎｇＵｎｉｖｅｒｓｉｔｙｏｆＡｅｒｏｎａｕｔｉｃｓ＆ＡｓｔｒｏｎａｕｔｉｃｓＤｅｃ．２０１３高超声速飞行器控制一体化优化设计肖地波刘燕斌陆宇平陈柏屹（南京航空航天大学航天学院，南京，２１００１６）摘要：乘波体高超声速飞行器各个子系统之间具有强烈的耦合效应，飞行包线大，因此，需要在飞行器设计早期就将控制相关分析和设计引入，将控制系统参数与气动、推进、结构系统参数一起作为设计参数，并开发能辅助这个设计过程的

2、软件工具。首先将几何外形用参数集表示，建立乘波体高超飞行器的参数化模型。再根据任务需求，确定优化目标函数，然后寻求在约束条件允许的设计空间内的最优参数集。再将系统可控性、闭环稳定性、鲁棒性和时域性能等与控制相关性能指标作为优化指标，将控制对飞行器设计参数调整意见反馈到优化回路，最终得到综和性能最优的飞行器构型。辅助飞行器设计的软件工具能够根据输入的参数集，自动完成飞行器建模和模型动、静态特性分析，并提供多种控制器设计模板。关键词：高超声速飞行器；控制一体化设计；多学科优化；参数化建模中图分类号：Ｖ２

3、４文献标志码：Ａ文章编号：１００５－２６１５（２０１３）０６－０７５２－１１ＯｐｔｉｍｉｚａｔｉｏｎＤｅｓｉｇｎｏｆＩｎｔｅｇｒａｔｅｄＣｏｎｔｒｏｌｆｏｒＨｙｐｅｒｓｏｎｉｃＶｅｈｉｃｌｅｓＸｉａｏＤｉｂｏ，ＬｉｕＹａｎｂｉｎ，ＬｕＹｕｐｉｎｇ，ＣｈｅｎＢｏｙｉ（ＣｏｌｌｅｇｅｏｆＡｓｔｒｏｎａｕｔｉｃｓ，ＮａｎｊｉｎｇＵｎｉｖｅｒｓｉｔｙｏｆＡｅｒｏｎａｕｔｉｃｓ＆Ａｓｔｒｏｎａｕｔｉｃｓ，Ｎａｎｊｉｎｇ，２１００１６，Ｃｈｉｎａ）Ａｂｓｔｒａｃｔ：Ｗａｖｅｒｉｄｅｒｈｙｐｅｒｓｏｎｉｃｖｅｈｉ

4、ｃｌｅｓｈａｖｅｔｈｅｃｈａｒａｃｔｅｒｉｓｔｉｃｓｏｆｓｔｒｏｎｇｃｏｕｐｌｉｎｇｂｅｔｗｅｅｎｓｕｂｓｙｓｔｅｍｓａｎｄｔｈｅｗｉｄｅｒａｎｇｅｆｌｉｇｈｔｅｎｖｅｌｏｐｅ．Ｔｈｅｒｅｆｏｒｅ，ｔｈｅｃｏｎｔｒｏｌａｎａｌｙｓｉｓａｎｄｓｙｎｔｈｅｓｉｓｓｈｏｕｌｄｂｅｉｎｔｅｇｒａｔｅｄｉｎｔｏｔｈｅｅａｒｌｙｓｔａｇｅｏｆｖｅｈｉｃｌｅｄｅｓｉｇｎ，ｔｈｅｐａｒａｍｅｔｅｒｓｉｎｃｏｎｔｒｏｌｓｙｓｔｅｍｓｈｏｕｌｄｂｅｏｐｔｉｍｉｚｅｄａｓｗｅｌｌａｓｔｈｅｐａｒａｍｅｔｅｒｓｉｎａｅｒｏ

5、ｄｙｎａｍｉｃ，ｐｒｏｐｕｌｓｉｏｎａｎｄｓｔｒｕｃｔｕｒｅｓｙｓｔｅｍｓｉｎｔｈｅｖｅｈｉｃｌｅｄｅｓｉｇｎ，ａｎｄｔｈｅｓｏｆｔｗａｒｅｔｏｏｌｔｏｆａｃｉｌｉｔａｔｅｔｈｅｄｅｓｉｇｎｐｒｏｃｅｓｓｓｈｏｕｌｄｂｅｄｅｖｅｌｏｐｅｄ．Ｆｉｒｓｔｌｙ，ａｓｅｒｉｅｓｏｆｐａｒａｍｅｔｅｒｓａｒｅｕｓｅｄｔｏｄｅｓｃｒｉｂｅｔｈｅｇｅｏｍｅｔｒｉｃ，ａｎｄａｐａｒａｍｅｔｅｒｉｚｅｄｍｏｄｅｌｏｆｈｙｐｅｒｓｏｎｉｃｖｅｈｉｃｌｅｓｉｓｅｓｔａｂｌｉｓｈｅｄ．Ｔｈｅｎ，ｔｈｅｏｂｊｅｃｔｉｖｅｆｕ

6、ｎｃｔｉｏｎｉｓｄｅｔｅｒｍｉｎｅｄａｃｃｏｒｄｉｎｇｔｏｍｉｓｓｉｏｎｒｅｑｕｉｒｅｍｅｎｔｓ，ａｎｄｔｈｅｎｏｐｔｉｍａｌｐａｒａｍｅｔｅｒｓｅｔｗｉｌｌｂｅｏｂ－ｔａｉｎｅｄｂｙｓｅａｒｃｈｉｎｇｖａｒｉａｂｌｅｓｉｎｄｅｓｉｇｎｓｐａｃｅｔｏｓａｔｉｓｆｙｔｈｅｃｏｎｓｔｒａｉｎｔｓ．Ｔｈｅｎ，ｔｈｅｃｏｎｔｒｏｌｒｅｌａｘｅｄｓｐｅｃｉｆｉ－ｃａｔｉｏｎｓ，ｓｕｃｈａｓｃｏｎｔｒｏｌａｂｉｔｙ，ｓｔａｂｉｌｉｔｙ，ｒｏｂｕｓｔｎｅｓｓａｎｄｔｉｍｅ－ｄｏｍａｉｎｐｅｒｆｏｒｍａｎｃｅｓｅｔ

7、ｃ．，ａｒｅｓｅｔａｓｔｈｅｏｐｔｉｍｉｚａｔｉｏｎｉｎｄｅｘｅｓ，ａｎｄｔｈｅｐｒｏｐｏｓａｌｏｎｈｏｗｔｏａｄｊｕｓｔｐａｒａｍｅｔｅｒｓｉｓｆｅｅｄｂａｃｋｅｄｔｏｏｐｔｉｍｉｚａｔｉｏｎｌｏｏｐ．Ａｏｐｔｉｍａｌｖｅｈｉｃｌｅｃｏｎｆｉｇｕｒａｔｉｏｎｓｉｓｏｂｔａｉｎｅｄ．Ｆｉｎａｌｌｙ，ｔｈｅｓｏｆｔｗａｒｅ，ｗｈｉｃｈｉｓｕｓｅｄｔｏａｓｓｉｓｔｖｅｈｉｃｌｅｄｅ－ｓｉｇｎ，ｉｓａｂｌｅｔｏｃａｒｒｙｏｕｔｖｅｈｉｃｌｅｍｏｄｅｌｉｎｇ，ａｎａｌｙｚｅｓｔａｔｉｃａｎｄｄｙｎａｍｉｃｃ

8、ｈａｒａｃｔｅｒｉｓｔｉｃｓ，ａｎｄｐｒｏｖｉｄｅｖａｒｉ－ｏｕｓｃｏｎｔｒｏｌｌｅｒｄｅｓｉｇｎｔｅｍｐｌａｔｅｓａｕｔｏｍａｔｉｃａｌｌｙ．Ｋｅｙｗｏｒｄｓ：ｈｙｐｅｒｓｏｎｉｃｖｅｈｉｃｌｅｓ；ｉｎｔｅｇｒａｔｅｄｃｏｎｔｒｏｌｄｅｓｉｇｎ；ｍｕｌｔｉｄｉｓｃｉｐｌｉｎａｒｙｏｐｔｉｍｉｚａｔｉｏｎ；ｐａｒａｍｅｔｒｉｃｍｏｄｅｌｉｎｇ以超燃冲压发动机为动力的吸气式高超声速空间运输系统研究的热点；同时，其具有的快速打飞行器以其性能可靠、成本低廉的优势成为下一代击