基于近空间飞行器纵向解耦模型的鲁棒容错控制方法研究

论文摘要

近空间飞行器具有传统航空、航天器所不具备的战略监视、战术打击与高效用耗费比等优势,但由于其飞行环境特殊、复杂,因而其控制器设计要求更高的可靠性与鲁棒性。本文针对近空间飞行器存在模型非线性动态、量测噪声干扰以及故障等现实情况,对近空间飞行器进行鲁棒容错控制技术研究。论文所做的主要工作如下：首先,针对近空间飞行器纵向解耦线性化模型,考虑其存在模型不确定性与噪声干扰与传感器故障的情况下,基于模型跟随原理,设计鲁棒完全模型跟随控制器：使内环增益可以保证系统在不考虑模型不确定情况下实现完全模型跟踪,使外环鲁棒增益可有效的消除模型不确定性的影响,解决传统PMF方法控制器设计部分选取方案不固定的状况,保证闭环系统鲁棒稳定。其次,针对近空间飞行器纵向解耦仿射非线性模型,考虑其模型非线性动态、量测噪声扰动以及执行器故障,基于自适应逆的原理设计了一种RFBARIC控制器：首先基于鲁棒滤波方法,保证系统状态值量测噪声有效分离,其次基于自适应逆原理,设计鲁棒跟随器和模型动态补偿器保证不考虑模型噪声情况下的系统鲁棒稳定；最后考虑模型噪声,利用噪声补偿器消除噪声影响,保证系统输出稳定。最后,针对近空间飞行器纵向解耦仿射非线性模型,考虑其模型非线性动态、量测噪声扰动以及执行器故障,基于内模原理,设计了一种IMBMRTC控制器：通过建模设计神经网络辨识内模模型,利用模型参考思想,设计鲁棒跟随器和模型动态补偿器,补偿系统的非线性动态；并设计噪声抑制器消除噪声误差,保证系统输出稳定。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 注释表
• 1 绪论
• 1.1 研究背景和意义
• 1.2 近空间飞行器研究现状
• 1.2.1 近空间飞行器国外研究现状
• 1.2.2 国内研究现状
• 1.3 近空间飞行器飞行控制系统研究现状
• 1.3.1 近空间飞行器建模研究现状
• 1.3.2 近空间飞行器鲁棒非线性方法研究现状
• 1.4 近空间飞行器容错控制器研究现状与研究思路分析
• 1.4.1 近空间飞行器研究中存在的问题
• 1.4.2 近空间飞行器鲁棒容错控制器研究思路
• 1.5 本文的主要内容
• 2 近空间飞行器及模型模型线性化
• 2.1 引言
• 2.2 近空间飞行器模型
• 2.2.1 近空间飞行器模型结构与参数描述
• 2.2.2 近空间飞行器模态运动方程描述
• 2.3 近空间飞行器模型线性化
• 2.3.1 近空间飞行器飞行状态选取
• 2.3.2 模型线性化
• 2.3.3 线性化模型的分析
• 2.4 近空间飞行器线性模型仿真研究
• 2.4.1 极点配置方法分析
• 2.4.2 LQR方法分析
• 3 基于鲁棒PMF的近空间飞行器容错控制器设计
• 3.1 引言
• 3.2 问题描述
• 3.3 鲁棒PMF控制器设计
• 3.3.1 内环稳定增益设计
• 3.3.2 外环鲁棒稳定增益设计
• 3.4 仿真验证
• 3.5 本章小结
• 4 基于鲁棒滤波的近空间飞行器自适应鲁棒逆容错控制
• 4.1 引言
• 4.2 问题描述
• 4.3 自适应鲁棒逆控制器设计
• 4.3.1 基于非线性模型的鲁棒滤波器设计
• 4.3.2 模型动态自适应调整
• 4.3.3 模型量测扰动误差补偿
• 4.4 仿真验证
• 4.5 本章小结
• 5 基于神经网络内模的近空间飞行器模型参考自适应容错控制
• 5.1 引言
• 5.2 问题描述
• 5.3 基于精确内模型的模型参考自适应容错控制器设计
• 5.3.1 模型动态自适应调整
• 5.3.2 模型量测扰动误差抑制
• 5.3.3 仿真算例
• 5.4 基于辨识内模型的模型参考自适应容错控制器设计
• 5.4.1 基于RBF神经网络的模型辨识
• 5.4.2 模型动态自适应调整
• 5.4.3 模型量测扰动误差抑制
• 5.4.4 仿真算例
• 5.5 本章小结
• 6 总结与展望
• 6.1 工作总结
• 6.2 研究展望
• 致谢
• 参考文献