临近空间高超声速飞行器的直接力与襟翼复合滑模控制

为解决升力体构型再入高超声速飞行器的欠驱动强耦合问题,提出一种直接力与襟翼的复合滑模控制方案。再入式高超声速飞行器由于热防护要求以两片体襟翼控制俯仰、偏航和滚转3个通道,强气动耦合所引发侧滑角的持续高频大幅抖动将造成副翼控制量长时间处于饱和状态,进而导致控制系统失稳。为抑制侧滑角的抖动并使其快速收敛,在偏航通道引入一对具有开关特性的侧喷发动机,将系统构建为一个复合控制系统,并基于线性二次型最优控制与滑模控制理论分别为襟翼和侧喷发动机设计了控制律。在两种指令跟踪情形下将复合控制与常规襟翼控制方案进行仿真对比。仿真结果表明,新的复合控制系统能有效地抑制偏航通道的抖振现象,且使侧滑角快速收敛,同时能够使攻角与滚转角快速稳定地跟踪制导指令。     

一种对称斜置式四陀螺惯导冗余配置方案

针对惯性器件冗余数量少,捷联惯导系统可靠度提升少的问题,首先分析了冗余优化准则的等价性,给出了最优冗余配置的充要条件。在基于四陀螺的正交方案、斜置方案和圆锥方案可靠度对比分析的基础上,提出一种对称斜置式方案,能进一步提高四陀螺方案的捷联惯导系统可靠度,而且该方案在陀螺出现故障时,系统精度具有很好的一致性,仿真结果表明：对称斜置式方案是陀螺数量为4个时的最优配置方案之一。该方案对于冗余数量较少的舰船惯导系统设计具有较强的借鉴意义。     

带襟翼的飞行器非线性控制系统分析和设计

以襟翼作为执行机构的面对称飞行器,研究其控制能力和自动驾驶仪设计。襟翼作为执行机构相比传统全动舵缺少方向舵,对缺少方向舵类型的控制方式,推导出此情况下的面对称飞行器动力学模型。基于该模型描述的非线性控制系统,采用微分几何方法进行能控性分析,证明该系统的弱能控性;应用求解状态依赖的Riccati方程方法,以襟翼为执行机构的面对称飞行器,设计非线性最优控制器。仿真结果表明,在系统弱能控性的基础上,设计的控制器能够在缺少方向舵的情况下,使得滚转角和纵向过载快速地跟踪指令。同时验证了飞行器双通道控制的可行性。     

基于反馈线性化的直接侧向力与襟翼复合控制

针对高超声速飞行器再入过程中气动舵面烧蚀与失效的问题,选用具有良好热防护性能的尾装襟翼作为气动执行机构,但欠驱动的气动控制将使飞行器存在不稳定内动态,从而使飞行器成为非最小相位系统。为抑制不稳定内动态对系统稳定性的危害并提高襟翼飞行器在临近空间高超声速飞行的控制品质,在飞行器的俯仰与偏航通道中各引入一对姿控发动机,构成襟翼与直接侧向力复合控制系统。建立了襟翼飞行器复合控制系统数学模型,并基于该模型分析了过载输出时系统内动态的有界稳定条件。针对内动态稳定的复合控制系统,运用输入-输出反馈线性化方法设计了控制器,并分析了襟翼和姿控发动机之间的配合机理。进行了快时变背景下的对比仿真,仿真结果表明,该复合控制系统有比纯襟翼控制作用下更好的动态品质,并对气动参数快时变具有一定的鲁棒性。