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题目：
雅宝题库答案：
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雅宝题库解析：
为了降低航天运输的成本，提高飞行安全性，可重复使用运载器（Reusable Launch Vehicle，RLV）成为很多国家争相研究的热点。末端区域能量管理是确保RLV安全返场飞行的关键飞行阶段，综合了航空和航天飞行器飞行特点。能量管理技术也成为RLV的核心和特色技术。RLV在能量管理阶段具有以下特点：飞行状态变化剧烈，初始条件变化范围大、不确定性强，而终端轨迹精度要求高，无动力下滑必须一次进场成功。该阶段的实时轨迹设计和控制是制导与控制系统设计的难点和核心。本文研究RLV能量管理阶段的轨迹设计与制导控制题目，首先根据RLV能量管理阶段无动力稳定下滑的飞行特点，分析轨迹设计与控制所关注的本体气动特性，以及速度控制的主要装置减速板的气动特性，建立能量管理的物理基础。基于平衡下滑假设，采用迭代方法计算轨迹参数，得出轨迹设计所需的迎角、轨迹角和动压的合理边界，建立轨迹设计的核心约束关系。瞄准轨迹在线生成提高适应性的需求，基于能量管理阶段高度演变的单调性，提出了地面轨迹转动方法以实时设计能量管理阶段的轨迹。在此基础上，基于动态逆控制方法，吸取经典控制对于模型依赖性相对较低的优点，提出分通道动态逆轨迹控制方法，对期望轨迹进行跟踪控制。在姿态内回路设计中，首次引入有人飞机飞行品质，形成高效、物理概念清晰的控制设计方法。最后，建立能量管理阶段综合仿真模型，验证在各种不确定性、舵面故障以及任务中断情况下轨迹设计、制导控制方法的有效性。本文研究和设计从与飞行器总体设计的衔接入手，进行轨迹、制导、控制设计，通过综合仿真进行验证。其中，创新性的工作有：(1) 建立了一种能量管理阶段地面轨迹转动的轨迹设计方法，可以成为轨迹在线生成的核心基础。基于能量管理阶段高度演变的单调性，建立了由高度描述的动力学关系和各类约束描述，构造了无须迭代的递推方法以解算固定滚转角下的纵向轨迹角和迎角指令，提高了求解效率。采用分三步转动地面轨迹的方法快速生成地面轨迹、航向角以及滚转角指令，采用插值方法确定轨迹角以及所需的迎角指令，避免了反复迭代的求解过程，能够根据任务需求实时设计轨迹。与广泛应用的S转弯方法的详细对比表明，本算法具有高效、平顺、物理概念明确的优势，从而具备更强的返场适应性。(2) 融合经典控制和动态逆控制方法，建立了一种抗模型不确定性能力强、设计效率和控制精度高的分通道动态逆轨迹控制器设计方法。动态逆控制算法完备，增益调整关系简捷，但对于模型精度要求较高，因此本文吸收经典控制器的优点，建立了能量管理阶段基于动态逆方法的分通道轨迹控制器，通过解耦降阶，减小了对模型精度的依赖性。各制导通道之间的耦合效应通过轨迹设计予以考虑，用“耦合影响分配”思路，平衡了控制精度、模型依赖性、设计效率之间的需求。仿真结果表明，分通道动态逆轨迹控制器能够应对各种不确定性、干扰，对内回路控制器特性敏感度低。(3) 借鉴有人机飞行品质评价中的等效拟配方法，针对无人飞行器首次提出了一种基于轨迹的内回路控制器设计方法，解决了内回路设计时缺乏设计目标的题目。有人机飞行品质要求，是基于人作为自适应轨迹控制器的前提，所建立的对于飞机“内回路”特性的要求，而且在工程实践中得到了广泛成功的验证和应用。针对无人机控制内回路设计时，常常缺乏设计目标的题目，本文利用频域拟合技术得到低阶系统以简化内回路设计，分析内外回路耦合关系，得到有利于任务外回路性能的内回路控制器设计目标。揭示了内外回路控制器耦合机理，并且得到了满意的设计结果。根据所得的内回路设计指标，采用动态逆方法实现了内回路控制。在上述工作的基础上，通过建立能量管理阶段的综合仿真模型，验证轨迹设计、制导控制和内回路控制的性能。在任务中断的情况下仿真验证轨迹重构能力，建立各种不确定模型并对其影响进行了蒙特卡罗分析，对于舵面卡阻故障状态进行仿真分析。结果表明本文建立的轨迹设计和制导、控制方法能够对合理的参数不确定性、可能的故障状态具有很强的适应能力，并且能够根据任务目标实时重新设计和控制轨迹，实现了RLV综合能量管理的任务目标。 |
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发表于 2022-4-14 14:00:39
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