高超声速飞行器线性变参数建模及其鲁棒控制

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1、中图分类号：V249.1论文编号：102871515-S018学科分类号：081105硕士学位论文高超声速飞行器线性变参数建模及其鲁棒控制研究生姓名张浩学科、专业导航、制导与控制研究方向飞行器先进控制方法研究指导教师刘燕斌副教授南京航空航天大学研究生院航天学院二О一五年六月NanjingUniversityofAeronauticsandAstronauticsTheGraduateSchoolCollegeofAstronauticsLinearParameterVaryingModelandRobustControlforHyp

2、ersonicVehiclesAThesisinGuidance,NavigationandControlbyZhangHaoAdvisedbyAssoc.Prof.LiuYanbinSubmittedinPartialFulfillmentoftheRequirementsfortheDegreeofMasterofEngineeringJun,2015承诺书本人声明所呈交的硕士学位论文是本人在导师指导下进行的研究工作及取得的研究成果。除了文中特别加以标注和致谢的地方外，论文中不包含其他人已经发表或撰写过的研究成果，也不包含为获得

3、南京航空航天大学或其他教育机构的学位或证书而使用过的材料。本人授权南京航空航天大学可以将学位论文的全部或部分内容编入有关数据库进行检索，可以采用影印、缩印或扫描等复制手段保存、汇编学位论文。（保密的学位论文在解密后适用本承诺书）南京航空航天大学硕士学位论文摘要高超声速飞行器作为新一代的飞行器由于其具有独特的优势，是目前飞行器领域的研究热点。它采用了机身一体化设计技术，其空气动力学特性、推进系统和机体结构之间存在着极强耦合作用。飞行环境复杂，飞行高度和马赫数跨度范围大，这导致飞行器气热特性和气动特性剧烈变化，因此保证飞行器在较大包线内

4、的飞行稳定性是至关重要的。传统的增益调度控制已经无法满足如此高的性能要求，所以有必要建立高超声速飞行器面向大包线飞行任务的综合模型。线性变参数（LPV）系统是一类非常重要的时变系统。系统LPV建模方法总体可以分为两类，一类是基于系统非线性方程通过数学变换获得LPV模型，称为分析法；另一类是实验法。分析法目前主要有三种，分别为雅可比线性化方法，状态变换法和函数替代法。本文着手建立高超声速飞行器面向控制的纵向LPV模型。首先基于动量方程建立高超声速飞行器纵向动力学模型，气动参数采用国外已经公开的文献中数据。进而对其非线性刚体模型进行适当

5、简化，利用雅可比线性化法，建立其纵向LPV模型，简化处理后应用于高超声速飞行器的飞行控制系统设计中。利用经典的线性二次型调节方法和状态反馈H∞控制方法针对高超声速飞行器纵向线性化模型设计鲁棒控制器，并进行仿真分析。针对高超声速飞行器气动特性剧烈变化和飞行过程中存在的各类扰动问题，基于雅可比线性化法建立的高超声速飞行器纵向LPV模型，获得其多胞表示形式并设计连续状态反馈H∞控制器。仿真结果表明LPV控制器能够保证飞行器在整个飞行包线内具有良好的动态特性和一定的鲁棒性。关键词：高超声速飞行器，线性变参数，雅可比线性化，状态变换法，函数替

6、代法，鲁棒控制I高超声速飞行器线性变参数建模及其鲁棒控制ABSTRACTHypersonicvehicles,consideredasnewgenerationofaircraft,becomearesearchhotspotinthevehicledesignfieldduetotheuniqueadvantages.Becausehypersonicvehiclesusethebody-frameintegrationdesigntechnology,theflightdynamicsisastrongcouplingamong

7、aero-dynamicproperties,propulsionsystemandthestructure.Duringtheflight,notonlyaltitudeandMachnumberexpandawiderange,butalsoflightenvironmentiscomplex.Thiswillresultinaero-thermalcouplingrelationswhichmakethedynamiccharacteristicschangeviolently.Asaresult,itisnecessaryt

8、oensureflightstabilitythroughoutthewholeenvelope.Therefore,itisessentialtoestablishtheintegratedmodelassociatedwithth