基于改进定点二乘的重复使用助推飞行器控制分配研究

《基于改进定点二乘的重复使用助推飞行器控制分配研究》由会员上传分享，免费在线阅读，更多相关内容在学术论文-天天文库。

1、航空学报ActaAeronauticaetAslrOnauticaSinicaDec．252012V01．33No．122268—2278ISSN1000—6893ON11-1929／Vhttp：／／hkxb．buaa．edu．cnhkxb@buaa．edu．cn文章编号：1000—6893(2012)12—2268—11基于改进定点二乘的重复使用助推飞行器控制分配研究许江涛1’。，崔乃刚2，陈阳阳1，吴限德1，韩宇21．哈尔滨工程大学航天工程系，黑龙江哈尔滨1500012．哈尔滨工业大学航天工程系，黑龙江哈尔滨1500

2、01摘要：为适应重复使用助推飞行器(RBV)控制精度和控制可靠性等要求，导致多异类执行机构数量的急剧增加，而各执行机构偏转角、偏转角速率和非连续工作方式的限制影响控制效果。为满足该类飞行器控制系统实时性和控制精度等需求，需要研究计算精度、计算效率更高的控制分配(CA)方法。根据每次迭代所需的浮点运算量，在比较基于二次规划的控制分配算法计算效率的基础上，首先，利用最小代价函数关系将传统定点(FP)二乘优化算法转化为二次规划问题，并给出传统定点二乘优化方法最优解应满足的条件；然后，针对执行机构饱和情况，提出了改进定点(IFP

3、)二乘的控制分配算法以提高计算效率，同时给予详细的推导证明，并基于迭代常数映射的特性，以相邻时刻控制量差的范数达到相关要求给出改进算法的迭代终止条件；最后，基于多种控制分配算法，对所提出的控制分配算法进行了比较仿真，验证该算法的有效性和合理性。关键词：重复使用助推飞行器；控制分配；改进定点二乘算法；执行机构；飞行控制中图分类号：V448．2文献标识码：A重复使用助推飞行器(ReusableBoostedVe—hicle，RBV)飞行空域广，气动环境变化剧烈，在稀薄大气层与稠密大气层之间飞行时，对气动舵面和反作用控制系统(

4、ReactionControlSystem，RCS)等多异类操纵机构的控制系统要求较高。为保证飞行任务的有效执行，RBV飞控系统由传统的三通道解耦操纵增加至多个异类可独立操纵控制量的冗余控制，以便在飞行中，根据需求综合分配与协调操纵，或在某操纵机构失效的情况下相互替代和补偿，以产生最大的控制效能，满足控制任务的要求口]。随着操纵机构数目的急剧增加，以及各自偏转角、偏转角速率(对于气动舵面)和非连续工作方式(对于RCS)的限制，操纵机构的控制变为复杂的冗余约束控制分配(ControlAllocation，CA)问题，这也是

5、RBV飞控系统设计的关键问题之一[2。4]。对于RBV的控制分配问题，其计算效率及分配精度是当前的研究热点之一。在再入过程中，控制分配的作用是将力矩指令信号处理后形成气动舵面偏转指令和RCS发动机点火指令[5]。对于控制分配方法，国内外的科研工作者取得了很多研究成果邛]，具体可归纳为两大类：基于非优化的分配方法和优化的分配方法。基于非优化的方法主要包括直接控制分配方法和链式递增的控制分配方法。其中面搜索算法及对分边搜索算法等直接控制分配算法由于算收稿日期：2011-11·27；退修日期：2012—01-05；录用日期：2

6、012—04-11；网络出版时间：2012—05-2011：58网络出版地址：www．cnki．net／kcms／detail／11．1929．V，20120520．1158．005．html基金项目：中国博士后科学基金(20110491028)；中央高校基本科研业务费(重点支持研究项目)(HEUCFZll26)*通讯作者．Tel．：0451-82589025E-mail：hiLxit@"163．corn引用播武lXuJT，CuiNG，ChertYY．etal．ResearchoncontrolaPocationbase

7、donimprovedfixed-pointforreusableboostedvehicle．Ac．taAeronauticaetAstronauticaS加ica．2012．33(12)：2268-2278．许江涛，崔乃刚，陈阳嚣日，等基于改进定点二乘的重复使用助推飞行器控割分配研究航空学报。2012，33(12)：2268．2278许江涛等：基于改进定点二乘的重复使用助推飞行器控制分配研究法复杂、计算量大，难以实时在线应用口’6]。链式递增控制分配容易导致较大的操作量，而且受到执行机构的速率限制口1；优化方法主要包

8、括广义逆法、线性规划法以及二次规划法。其中线性规划控制分配算法需要沿着边界检验其所有的极点，随着控制规模变大，其计算量激增[8母]。当期望目标可达时，使用广义逆法一般都能够获得较小的误差，偶尔也会产生很大的误差；如果期望目标不可达时，平均误差将达到不可接受的程度。在目标可达集是不可知时，使用此类方法具有较大风险，同时