高超声速飞行器再入制导及故障下轨迹重构技术研究

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1、中图分类号：TP273论文编号：102870318-SX147学科分类号：081101硕士学位论文高超声速飞行器再入制导及故障下轨迹重构技术研究研究生姓名郭小平学科、专业控制理论与控制工程研究方向系统故障检测与容错控制技术指导教师齐瑞云教授南京航空航天大学研究生院自动化学院二О一八年三月NanjingUniversityofAeronauticsandAstronauticsTheGraduateSchoolCollegeofAutomationEngineeringResearchonreentryguidanceandtrajectoryresh

2、apingforreentryhypersonicvehiclesAThesisinControlTheoryandControlEngineeringbyGuoXiaopingAdvisedbyProf.QiRuiyunSubmittedinPartialFulfillmentoftheRequirementsfortheDegreeofMasterofEngineeringMarch,2018承诺书本人声明所呈交的硕士学位论文是本人在导师指导下进行的研究工作及取得的研究成果。除了文中特别加以标注和致谢的地方外，论文中不包含其他人已经发表或撰写过的

3、研究成果，也不包含为获得南京航空航天大学或其他教育机构的学位或证书而使用过的材料。本人授权南京航空航天大学可以将学位论文的全部或部分内容编入有关数据库进行检索，可以采用影印、缩印或扫描等复制手段保存、汇编学位论文。（保密的学位论文在解密后适用本承诺书）作者签名：日期：南京航空航天大学硕士学位论文摘要由于高超声速飞行器再入飞行的稳定性与安全性至关重要，再入段发生故障时亟需合适的容错方案，以保证飞行器的安全。本文以高超声速飞行器为研究对象，针对飞行器发生故障的情况，对高超声速飞行器再入制导与故障下轨迹重构技术做了一定的研究。首先，介绍了本课题的研究背景和

4、意义，综述了国内外高超声速飞行器的发展现状。概述了本文研究的核心问题：再入制导问题，简要概述了目前高超声速飞行器再入制导技术、轨迹重构技术和制导控制一体化设计的研究现状，分析了已有成果中主要存在的问题。其次，针对高超声速飞行器再入制导模型，在满足一系列约束条件下，设计高超声速飞行器预测校正再入制导算法。为了解决制导算法采用固定攻角模型时故障下无法完成再入任务要求的局限，本文以过载作为中间变量，采用反馈线性化理论分别在横向和纵向上设计制导律，并增加横向机动策略实现速度的反馈控制，获得了非固定攻角和平滑的倾侧角指令，完成了高超声速飞行器再入制导任务，从而

5、为故障下在线轨迹重构提供基本保障。再次，考虑高超声速飞行器故障下安全再入飞行问题，针对飞行器发生较大故障的情况，提出了基于相邻可行轨迹存在定理(NFTET)的鲁棒在线轨迹重构算法。在标称情况下基于反馈线性化预测校正制导算法生成满足各种约束条件的再入轨迹；由于NFTET只适用于发生较小故障的情况，为保证较大故障下飞行器仍能以较高精度安全着陆，基于NFTET理论设计了鲁棒轨迹重构算法，得到了较高落点精度的飞行轨迹。最后，将制导指令引入姿态控制中，考虑一系列不确定性参数和力矩故障的情况，进行高超声速飞行器再入自适应容错制导控制一体化设计。根据再入制导任务，

6、考虑制导环和姿态环之间的耦合关系，采用Takagi-Sugeno(T-S)模糊模型在线逼近由未知参数和加性故障引起的复合干扰项，引入投影算子设计自适应律在线估计未知外部干扰和力矩失效故障。基于Lyapunov稳定性定理设计控制器中自适应参数，在线更新控制器，完成自适应容错制导控制一体化控制方案的设计，提高了高超声速飞行器自主容错能力。关键词：高超声速飞行器，再入制导，重构轨迹，NFTET，制导控制一体化，自主容错I高超声速飞行器再入制导及故障下轨迹重构技术研究AbstractBecausethestabilityandsecurityofreentr

7、yhypersonicvehiclesareveryimportant,anappropriatefault-tolerantschemeisneededtoensurethesafetyofthehypersonicvehicles.Thisthesisaddressestheguidanceandtrajectoryreshapingforreentryhypersonicvehiclesinthepresenceofvehiclefailures.Firstly,thebackgroundandthesignificanceoftheresea

8、rchareintroduced,andtheknowledgeabouthypersonicvehicle