大空速域飞行器自抗扰及h_∞鲁棒控制研究

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1、硕士学位论文大空/速域飞行器自抗扰及H∞鲁棒控制研究ADRCANDH∞ROBUSTCONTROLLERDESIGNFORLARGESPACE/SPEEDRANGEVEHICLE谷元备哈尔滨工业大学2015年6月国内图书分类号：V412.4学校代码：10213国际图书分类号：629.78密级：公开工学硕士学位论文大空/速域飞行器自抗扰及H∞鲁棒控制研究硕士研究生：谷元备导师：崔乃刚教授申请学位：工学硕士学科：航空宇航科学与技术所在单位：航天学院答辩日期：2015年6月30日授予学位单位：哈尔滨工业大学ClassifiedIndex:V412.4U.D

2、.C.:629.78DissertationfortheMasterDegreeinEngineeringADRCANDH∞ROBUSTCONTROLLERDESIGNFORLARGESPACE/SPEEDRANGEVEHICLECandidate：GuYuanbeiSupervisor：Prof.CuiNaigangAcademicDegreeAppliedfor：MasterofEngineeringSpeciality：AeronauticalandAstronauticalScienceandTechnologyAffiliation：De

3、partmentofAerospaceDateofDefence：30th,June,2015Degree-Conferring-Institution：HarbinInstituteofTechnology哈尔滨工业大学工学硕士学位论文摘要伴随着临近空间平台技术快速发展与成熟，越来越多的飞行器新概念被提出，研究工作在世界各军事强国中普遍展开，临近空间这一蕴藏巨大军事价值的领域正引领着市场和先进科学技术的不断发展。本文以临近空间大空/速域稳定控制再入飞行器为研究对象，设计飞行器姿态控制系统。首先，利用经典PID增益调度控制方法进行设计，建立三通道线

4、性化控制器模型，引入协调支路对通道间交连耦合作用进行解耦。然后利用自抗扰控制原理设计控制系统，将姿态回路分离为角度反馈外环和角速率反馈内环，对自抗扰控制器的三个关键组成部分分别进行设计与调试，组合为三三并行自抗扰非线性控制系统。之后又利用H∞鲁棒控制原理设计控制系统，通过分析确立了三个通道的不确定线性模型及不确定摄动界矩阵，利用H∞鲁棒控制引理获得黎卡提不等式表达形式的控制器解，通过Schur补性质将模型变换为标准LMI可行性问题形式，再借助Matlab工具包求解问题，完成H∞鲁棒控制系统。通过对三种不同控制器进行指令信号跟踪仿真、气动拉偏仿真及六

5、自由度非线性仿真，分析了三种方法的优劣，并验证了自抗扰控制与H∞鲁棒控制方法各自所持有的较强控制能力。关键词：临近空间飞行器；PID控制；自抗扰控制；H∞鲁棒控制；线性矩阵不等式-I-哈尔滨工业大学工学硕士学位论文AbstractWiththerapiddevelopmentandgradualmaturationofnearspaceplatformtechnology,moreandmorenewconceptualaircraftsareproposedandrelativeresearchworksareconductedamongglob

6、almilitarypowers.Nearspace,fullofhugemilitaryvalues,isleadingthegrowthofmarketandadvancedscienceandtechnology.Thispaperchoosesthenear-spacestably-controlledre-entryvehiclewhichhaslargespace/speedrangeasresearchsubjectanddesignsitsattitudecontrolsystem.Firstly,thetraditionalPID

7、gainschedulingcontrolmethodisusedfordesign.Thelinearizedcontrolmodelsofthreechannelsareestablishedandthecouplingeffectsareeliminatedbyintroducingthecoordinationbranches.Then,activedisturbancerejectioncontrolisappliedinthedesign.Theattitudeloopsaredividedintoananglefeedbackoute

8、rlooptogetherwithanangularvelocityfeedbackinnerloop.Afterdesi