高超声速飞行器再入姿态改进自抗扰控制

针对高超声速飞行器在无动力再入过程中具有复杂非线性、控制通道间强耦合及气动参数不确定性,增加了控制器设计的困难.通过构造连续光滑扩张状态观测器及自抗扰解耦控制技术,设计了高超声速飞行器自抗扰姿态控制器.采用构造qin函数实现了连续光滑扩展状态观测器的设计,可避免自抗扰控制器应用过程中的高频颤振现象.通过自抗扰解耦控制技术设计了姿态角及姿态角速度联合控制器,无需基于奇异摄动理论分为内外环控制,解决了设计飞行器内外环控制器时需忽略内环对外环的耦合影响问题,并且解决了难于获取精确的飞行器被控模型及精确的气动参数、摄动界限等问题.仿真结果表明了改进方法的有效性.     

高超声速飞行器六自由度建模及耦合特性分析

针对高超声速飞行器进行无动力再入建模及耦合特性分析。基于空天飞行器在高超声速状态下的气动力及气动力矩参数数据,采用神经网络拟合并建立气动参数模型。分析了飞行器在最大升阻比下飞行时舵机对弹道的耦合特性,以及气动力对姿态角速度、姿态角速度通道之间的耦合特性。仿真结果表明高超声速飞行器模型是一类参数时变、强耦合的复杂非线性系统,该模型可用于弹道优化、制导律及姿态控制等问题的设计及研究。     

基于大型翼伞可控回收的箭体结构与分离方案设计

对于高密度发射的运载火箭,迫切需要采取对火箭改动最小,风险和装备成本最小的控制措施,显著减小火箭落区面积,规避重要基础设施,减小对落区社会生活的影响。以某运载火箭助推器为例,在考虑现有火箭的运载能力、载荷与力学环境、结构气动外形及内部空间的基础上,提出了一种基于大型翼伞可控回收的箭体结构与分离方案设计构思,主要包括大型翼伞分离方案设计、助推器头锥结构改进设计及助推器头锥内伞系统结构集成化设计等。该技术的开展有效减少了箭体结构分离过程的分离能源,简化了结构方案,降低了结构质量,为长征系列运载火箭可控回收工作奠定了基础。     

弹道导弹中段突防弹道设计与验证

针对中段多脉冲弹道规划及评价问题,提出了一种新的弹道设计及评价方法。借鉴轨迹规划中节点搜索及扩展的思想,将多脉冲弹道的脉冲点火点视为节点,建立了多脉冲机动变轨模型。基于该模型,对突防弹道进行了设计及优化。运用"博弈论"的思想,在考虑敌方防御系统的探测机理、性能及部署基础上将敌方预测弹道与实际弹道的差值作为评价函数,以尽量降低敌方预测弹道的精度。最后,设计了导弹突防效能地面验证平台以验证所设计弹道的突防效率与弹道评价方法的有效性。选取了一个例子进行分析及验证,结果表明:相比最省能量弹道,设计的导弹防御系统对突防弹道的预测误差提高了5到15倍,达到了100~300km,飞行时间缩短了8.53%,而且规划时间不到140s。实验显示本文提出的弹道设计方法,能够在很短时间内规划出一条突防概率很高的弹道。