《高超聲速飛行器實時再入軌跡與姿態協調控制策略研究》是依託天津大學，由田栢苓擔任項目負責人的青年科學基金項目。
基本介紹
- 中文名：高超聲速飛行器實時再入軌跡與姿態協調控制策略研究
- 項目類別：青年科學基金項目
- 項目負責人：田栢苓
- 依託單位：天津大學
項目摘要,結題摘要,
項目摘要
以實現高超聲速飛行器自主、安全、穩定再入飛行為目的，對實時再入軌跡與姿態協調控制策略進行研究。首先，考慮熱流、動壓及過載等路徑約束對再入軌跡的影響，研究基於自適應Legendre偽譜法的實時再入軌跡求解方法，實現軌跡的線上規劃，為制導系統提供實時再入軌跡；其次，考慮氣動參數不確定和初始再入擾動對再入制導性能的影響，研究基於間接Legendre偽譜法的線上軌跡跟蹤控制策略，完成再入制導律設計，為姿態控制系統提供可行的制導指令；再次，考慮模型參數不確定和外界干擾對再入姿態控制性能的影響，研究基於高階滑模控制器-觀測器綜合的設計方法，在給定時間內，實現對制導指令的高精度快速跟蹤；最後，對軌跡線上規劃、再入制導及姿態控制模組進行綜合，構建制導控制一體化系統，實現多約束、不確定及外界干擾綜合影響下的實時再入軌跡與姿態協調控制，並基於dSPACE仿真平台，完成一體化系統的實時性、魯棒性和動態性測試。
結題摘要
高超聲速再入飛行器是當前航空航天領域研究的重點和熱點問題。本課題以實現高超聲速飛行器自主、安全、穩定再入飛行為目的，對實時再入軌跡與姿態協調控制問題進行研究。主要研究內容包括以下幾個方面：首先，考慮熱流、動壓及過載等路徑約束對再入軌跡的影響，研究基於自適應偽譜法的實時再入軌跡求解方法，實現軌跡的線上設計，為制導系統提供實時再入軌跡；其次，考慮氣動參數不確定和初始再入擾動對再入制導性能的影響，研究基於間接偽譜法的線上軌跡跟蹤控制策略，完成再入制導律設計，為姿態控制系統提供可行的制導指令；再次，考慮模型參數不確定和外界干擾對再入姿態控制性能的影響，研究基於高階滑模控制器-觀測器綜合的設計方法，在給定時間內，實現對制導指令的高精度快速跟蹤；最後，對軌跡線上規劃、再入制導及姿態控制模組進行綜合，構建制導控制一體化系統，實現多約束、不確定及外界干擾綜合影響下的實時再入軌跡與姿態協調控制，並基於dSPACE 仿真平台，完成一體化系統的實時性、魯棒性和動態性測。通過該課題研究獲得的主要結果體現在以下幾個方面：（1）完成了基於偽譜法的實時再入軌跡設計，每條軌跡生成時間平均為0.6秒，有效改善了系統的自適應能力；（2）完成了基於間接偽譜法的再入制導律設計，制導系統對氣動參數不確定和初始再入擾動表現出良好的抗干擾能力，有效提高了系統的魯棒性；（3）提出了用於實現給定時間收斂的高階滑模控制器設計方法，並分別以收斂時間為2秒、5秒和10秒情形下的姿態控制問題為例，進行了仿真測試，驗證了方案的有效性；（4）在上述研究基礎上，搭建了高超聲速再入飛行器的虛擬仿真平台，實現了系統不確定和外界干擾綜合影響下的實時軌跡與姿態的協調控制。基於上述研究成果，發表學術論文25篇，其中SCI檢索17篇，EI檢索8篇，完成了預期目標。課題研究成果，對其他類型飛行器，如飛彈，衛星及無人機的研製具有重要的理論意義與實際意義。
