重復(fù)使用運載器末端區(qū)域能量管理與自動著陸技術(shù)研究.pdf

1、重復(fù)使用運載器(RLV)在末端區(qū)域能量管理與自動著陸段的飛行包線大、飛行狀態(tài)變化劇烈、動力學(xué)特性的不確定性高，且在不同的飛行階段表現(xiàn)為不同的特性，必須解決飛行過程中的制導(dǎo)與控制問題。本文主要解決重復(fù)使用運載器末端區(qū)域能量管理(TAEM)與自動著陸段的制導(dǎo)與控制問題。 為了提高重復(fù)使用運載器制導(dǎo)與控制系統(tǒng)的自主性和魯棒性，借用混合動態(tài)系統(tǒng)的概念，形成了層次化、模塊化的體系結(jié)構(gòu)。這種基于功能的系統(tǒng)結(jié)構(gòu)，大大提高了系統(tǒng)的自主性和對不確

2、定性的自主決策能力，使整個系統(tǒng)具有較好的魯棒性，且容易修改與維護，為模塊的擴展打下了基礎(chǔ)。 利用質(zhì)點動力學(xué)方程在空間上的描述，形成了基于動壓剖面的TAEM軌跡設(shè)計方法和能量走廊魯棒性的分析方法。為了提高軌跡剖面對初始條件不確定性的魯棒性，形成了在線軌跡生成技術(shù)相關(guān)的概念，分析了在線軌跡生成技術(shù)的思想和設(shè)計方法。基于動壓剖面的軌跡設(shè)計方法可以增大積分步長、減小計算時間，提高軌跡設(shè)計的魯棒性能。 為了改善重復(fù)使用運載器末端區(qū)

3、域能量管理段的控制系統(tǒng)性能，給出了基于軌跡線性化的控制系統(tǒng)結(jié)構(gòu)，這種結(jié)構(gòu)包括前饋和反饋控制系統(tǒng)，反饋控制保證系統(tǒng)的穩(wěn)定性，前饋則可以改善系統(tǒng)的動態(tài)性能。采用基于軌跡線性化的控制系統(tǒng)結(jié)構(gòu)，可以改善控制系統(tǒng)的動態(tài)性能，提高非線性跟蹤能力，既可以滿足RLV大飛行包線范圍內(nèi)的穩(wěn)定性要求，又可以適應(yīng)RLV高空的低動態(tài)特性和飛行狀態(tài)劇烈變化的特點 根據(jù)末端區(qū)域能量管理飛行任務(wù)的要求，給出了完備的能量管理制導(dǎo)方案，并沿軌跡剖面對制導(dǎo)規(guī)律進行了

4、設(shè)計，并對制導(dǎo)回路的魯棒性進行了分析。結(jié)果表明，這種制導(dǎo)策略可以滿足不同的能量情形，完成末端區(qū)域能量管理的任務(wù)要求，同時為制導(dǎo)系統(tǒng)的工程實現(xiàn)提供了一種簡明方法。 根據(jù)自動著陸段下滑軌跡的特點，給出了基于高度剖面的自動著陸軌跡設(shè)計方法，在高度剖面上規(guī)劃速度剖面，以滿足觸地速度的要求。為了分析軌跡的特性，給出了自動著陸軌跡魯棒性的概念和評價方法，對軌跡魯棒性進行了分析和評價。 根據(jù)無動力投放自動著陸的任務(wù)要求，提出了一種基于