高超声速飞行器纵向平面制导控制一体化设计

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1、硕士学位论文高超声速飞行器纵向平面制导控制一体化设计INTEGRATEDGUIDANCEANDCONTROLFORLONGITUDINALMOTIONOFHYPERSONICVEHICLE许昱涵哈尔滨工业大学2015年6月国内图书分类号：TP273学校代码：10213国际图书分类号：681.52密级：公开工学硕士学位论文高超声速飞行器纵向平面制导控制一体化设计硕士研究生：许昱涵导师：段广仁教授申请学位：工学硕士学科：控制科学与工程所在单位：控制理论与制导技术研究中心答辩日期：2015年6月授予学位单位：哈尔滨工业大学ClassifiedInd

2、ex:TP273U.D.C:681.52DissertationfortheMasterDegreeinEngineeringINTEGRATEDGUIDANCEANDCONTROLFORLONGITUDINALMOTIONOFHYPERSONICVEHICLECandidate：XuYuhanSupervisor：Prof.DuanGuangrenAcademicDegreeAppliedfor：MasterofEngineeringSpeciality：ControlScienceandEngineeringCenterforContro

3、lTheoryandAffiliation：GuidanceTechnologyDateofDefence：June,2015Degree-Conferring-Institution：HarbinInstituteofTechnology哈尔滨工业大学工学硕士学位论文摘要随着科学技术的发展，高超声速飞行器在军事上有着愈发重要的战略地位。与以往的将制导与控制系统分开设计相比，制导与控制一体化的控制器设计可以有效发挥飞行器机动性能，具有更高的打击精度。本文主要研究高超声速飞行器纵向平面运动的制导控制一体化的系统建模、一体化控制器设计以及在实际情

4、况下，对拦截点俯仰角进行约束的一体化控制器设计。首先，本文选用锥形体(Winged-Cone)高超声速飞行器为研究对象，并以零控脱靶量为制导设计目标，选取合适的系统变量以及输入输出，得到高超声速飞行器纵向平面的制导控制一体化控制模型。再考虑在对拦截点俯仰角进行约束的情况下，选取合适的系统状态变量，构建带有俯仰角约束的纵向平面制导控制一体化控制模型。另外，介绍了相关的仿真结构和模型。其次，介绍了本文应用的自适应滤波反步控制方法，可以有效避免反步法(backstepping)引发的“计算膨胀”问题。简要概述了反步法(backstepping)求解

5、的基本步骤和选取滑动面和虚拟控制量的基本原理。给出了本文采用的滤波器具体形式，并介绍了选用自适应律估计系统不确定量的思路。再次，对一体化系统控制模型给出基于自适应滤波反步方法的控制算法，解决了含有系统非匹配不确定性的时变非线性系统控制问题。再显式考虑气动参数的变化，对上述控制算法进行改进，在形式上更加完整。经仿真分析，一体化控制算法及改进后的控制算法保持系统稳定，并精确打击地面静止目标及机动目标。最后，基于带有俯仰角约束的高超声速飞行纵向平面制导控制一体化控制模型，提出自适应滤波反步控制算法。经仿真分析得到，此控制算法可有效地对含有系统非匹配

6、不确定性的时变非线性系统进行控制，维持系统稳定，精确跟踪目标，并在拦截点以期望姿态角攻击目标，达到控制器设计目标。关键词：高超声速飞行器；制导控制一体化；自适应滤波反步法；俯仰角约束-I-哈尔滨工业大学工学硕士学位论文AbstractAsthescienceandtechnologydevelops,thehypersonicvehiclehasmoreimportantstrategicpositionmilitarily.Comparedtotheregularmethodthattheguidanceloopandcontrolloop

7、aredesignedseparately,thecontrollerintegratedguidanceandcontrolcangettheutmostoutoftheefficiencyofvehicle’smobiletoimprovethevehicleattackingaccuracy.Thisdissertationisfocusonthesystemmodeling,integratedcontrollerdesigningandthecontrollerwiththeconstraintsofterminalpitching

8、angleforthelongitudinalmotionofhypersonicvehicle.First,theWinged-Conehypersonicveh