可重复使用飞行器进场着陆拉平纵向控制

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1、2016年7月第42卷第7期北京航空航天大学学报JournalofBeijingUniversityofAeronauticsandAstronauticsJuly2016Vol_42NO．7http：／／bhxb．buaa．edu．cnjbuaa@buaa．edu．caOOI：10．13700／j．bh．1001-5965．2015．0441可重复使用飞行器进场着陆拉平纵向控制郝现伟1，王勇1’+，杨业2，郭涛2，张代兵3(1．北京航空航天大学自动化科学与电气工程学院，北京100083；2．北京航天自动控制研究所，北京100854；3．国防科技大学机电工程与自动化学

2、院，长沙410073)摘要：针对可重复使用飞行器(RLV)进场着陆拉平段的纵向控制问题，提出了反馈控制与前馈控制相结合的复合控制策略。设计反馈控制律参数，在此基础上基于时间加权高度跟踪误差／误差变化率平方积分指标优化设计前馈控制律参数。按输入补偿的前馈控制在不影响系统稳定性的前提下，提高了RLV对拉平着陆轨迹的跟踪精度，减小了RLV的接地散布。提出了基于积分器初值的控制律平滑切换方法，实现了RLV起落架释放前后不同控制律之间的平滑切换。仿真验证了拉平纵向复合控制和拉平过程中不同控制律之间平滑切换方法的有效性。关键词：可重复使用飞行器(RLV)；进场着陆；前馈校正；模型

3、降阶；控制律切换中图分类号：V417+．6；V249．32文献标识码：A文章编号：1001．5965(2016)07-1432-09可重复使用飞行器(ReusableLaunchVehi．cle，RLV)的无动力特性表明，RLV在进场着陆过程中不能复飞，仅能通过操纵相关的气动舵面来控制高度和动压，使RLV沿着期望的着陆轨迹实现安全着陆⋯。整个进场着陆过程分为深下滑段、拉平段和地面滑跑段，其中拉平段是决定飞行器安全着陆的关键阶段。在拉平段，RLV跟踪轨迹由深下滑段的斜直线轨迹变为圆弧／指数形式的轨迹，这对轨迹跟踪控制性能提出了更高的要求，同时RLV的构型也将发生变化(为

4、增升需要，襟翼偏角将下偏至某个位置，同时随着动压的减小，RLV起落架满足释放条件，起落架状态将发生变化)，构型变化又会使RLV的气动不确定性增大，因此为保证着陆控制系统既具有较好的轨迹跟踪性能，又具有较强的鲁棒性，如何设计拉平纵向控制律成为决定RLV安全着陆的关键技术。对于RLV飞行控制系统的设计，当前国内外采用了非线性跟踪控制¨。、神经网络自适应控制"J、滑模干扰观测器控制H-、模型参考变结构控制"o及轨迹线性化¨-等非线性控制方法。但由于采用经典控制理论设计的控制器具有物理意义明确、结构简单及鲁棒性强等优点，因此目前工程上仍常采用经典控制理论设计各类飞行器控制律。

5、文献[7]在拉平段采用PID控制，通过控制升降舵实现升降速度控制，进而实现了飞行器安全着陆，该控制方案常用于有动力飞行器着陆。无动力RLV在采用文献[7]的控制方案时，飞行器接地时刻的升降速度可满足接地要求，但缺点是接地点散布较大，易超出安全范围。为保证在复杂的风干扰或参数不确定情况下RLV仍具有较好的接地性能，在拉平段通过升降舵进行高度控制也是一种控制方案，但该控制方案的难点是RLV如何精确跟踪由圆弧拉起／指数拉起／浅下滑轨迹组成的拉平着陆轨迹¨J。RLV拉平着陆收稿日期：2015-07-01；录用日期：2015-09-25；网络出版时间：2015．10。3016：

6、58网络出版地址：WWW．cnki．net／kcms／detail／11．2625．V．20151030．1658．009．html基金项目：总装预研重点基金(9140A25030109HK0103)}通讯作者：Tel．：010-82317544E—mail：wy—buaa@sina．cornBl用格式：郝现伟，I勇，杨业．等．可重复使用飞行器进场着陆拉平纵向控削e1]．北京航空航天大学学报．2016，42(7)：1432．1440．HAOxW，WANGY，YANGY，eta1．Flarelongitudinalcontrolforapproachandlanding

7、ofreusablelaunchvehiclefJJ．JournalofBeringUniversityofAeronauticsandAstronautics，2016，42f7)：1432—1440(inChinese)．第7期郝现伟，等：可重复使用飞行器进场着陆拉平纵向控制1433轨迹的高度给定指令可视为加速度输入函数，由于采用PID控制的高度跟踪控制系统为Ⅱ型系统，因而系统存在加速度静差，为此可通过提高系统的型别来消除系统加速度稳态静差。文献[9—10]研究了弹射座椅和导弹的飞行控制系统，采用鲁棒伺服线性二次型调节器(LinearQuadra