rlv多种构型下无动力着陆纵向控制技术研究

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1、中图分类号：V249论文编号：102870315-S180学科分类号：081105硕士学位论文RLV多种构型下无动力着陆纵向控制技术研究研究生姓名丁灵敏学科、专业导航、制导与控制研究方向飞行控制技术指导教师黄一敏研究员南京航空航天大学研究生院自动化学院二О一五年一月NanjingUniversityofAeronauticsandAstronauticsTheGraduateSchoolCollegeofAutomationEngineeringLongitudinalControlofUnpo

2、weredApproachandLandingsforReusableLaunchVehicleswithDifferentConfigurationsAThesisinNavigation,GuidanceandControlbyDingLingminAdvisedbyProf.HuangYiminSubmittedinPartialFulfillmentoftheRequirementsfortheDegreeofMasterofEngineeringJanuary,2015承诺书本人郑重声

3、明：所呈交的学位论文，是本人在导师指导下，独立进行研究工作所取得的成果。尽我所知，除文中已经注明引用的内容外，本学位论文的研究成果不包含任何他人享有著作权的内容。对本论文所涉及的研究工作做出贡献的其他个人和集体，均已在文中以明确方式标明。本人授权南京航空航天大学可以有权保留送交论文的复印件，允许论文被查阅和借阅,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、缩印或其他复制手段保存论文。(保密的学位论文在解密后适用本承诺书)作者签名：日期：摘要无动力着陆段是可重复使用运载器(

4、RLV)再入返回的最后阶段，也是任务完成的关键阶段。RLV多种构型下无动力着陆的关键是解决纵向控制系统与构型的适应性问题。本文研究多构型下无动力着陆纵向控制技术，为RLV不同构型下无动力着陆提供解决方案。首先，研究了基于高度剖面的轨迹设计方法，开发了RLV多构型下通用、快速、可靠的离线轨迹设计工具箱，并提出了“固定陡下滑迎角、改变初始动压”设计原则。利用工具箱进行轨迹设计与仿真，结果表明所设计轨迹适应性较强。其次，分析了RLV静稳定和静不稳定两种情况下俯仰角速率阻尼内回路和指令内回路的增稳性能。

5、针对RLV静不稳定度较大时，阻尼回路不能增稳的情况，设计了俯仰角速率指令内回路，并对比了有无迎角反馈两种指令回路控制结构。指令内回路能有效保证静不稳定度较大时RLV的稳定性，同时迎角反馈进一步增强了系统鲁棒性。此外，开发了工程应用性较强的μ分析工具箱，能够快速有效地评估RLV不同静稳定性下控制结构对系统鲁棒稳定性的影响。最后，由于质量对着陆过程影响最大，而质量偏大会造成着陆速度和迎角偏大等不利影响，因此本文提出了质量上边界估算算法，并分别计算无升降副翼偏转、有升降副翼偏转以及低温大气环境下的质量

6、上边界。结合非线性仿真对估计值进行分析与验证：估计质量下着陆状态达到临界状态，同时无增升措施时质量上界较小，升降副翼增升后质量上界增大20%，低温大气环境下质量增大45%。仿真结果证明了估算算法的有效性。关键词：RLV，无动力着陆，多构型，轨迹适应性，纵向增稳控制，质量上边界iABSTRACTUnpoweredapproachandlandingsisthelastphaseinreentryreturnprocessofReusableLaunchVehicles(RLVs),whichist

7、hekeyphaseformissioncompletion.AdaptabilitybetweenlongitudinalcontrolsystemandconfigurationisthekeyissueforunpoweredapproachandlandingsofRLVswithdifferentconfigurations,forwhichthelongitudinalcontroltechnologyisresearchedtoprovideautolandingsolutions

8、inthisthesis.First,thealtitudeprofile-basedtrajectorydesignmethodisstudies,ageneric,fastandreliabletrajectorydesigntoolboxisdeveloped,andadesignprinciplewith"fixingattackangleinsteepglideslopephase,changinginitialpressure"isproposed.Utilizingsuchatoo