摘要在航空航天科技高速发展的今天，高超声速飞行器成为各国研究设计的重点。高超声速飞行器相比于普通飞行器具有更快的速度，飞行高度也更高；相比于火箭成本更加低廉，提高了运输或者军事打击的效率，给人们或军队提供了便利。本文主要研究高超声速飞行器控制的相关问题。在研究问题过程中，首先采用雅克比线性化方法将飞行器纵向非线性运动方程转化为线性模型，然后分别采用极点配置以及最优控制的方法对飞行器进行简单的控制， 最后采用线性模型跟随控制方法对模型进行跟随控制， 通过 Matlab仿真分别对比了三种方法的控制效果，得出了一般性的结论。32627
毕业论文关键词 高超声速飞行器 线性化 极点配置 最优控制 模型跟随控制
Title Model following control and simulation forhypersonic vehicle
Abstract Nowadays, as the rapid development of the aerospace industry, hypersonic vehiclehas become the focus of national research and design. Hypersonic vehicle has fasterspeeds, higher flight altitudes than normal aircraft, and lower cost than therocket. It improves the efficiency of transport or a military strike and providesa convenient to the people or the military. This paper studies issues related tocontrol of hypersonic vehicles. In the course of research questions, firstly Iused Jacobian linearization method to convert the nonlinear equations of aircraftlongitudinal motion to linear model. Then the method of the pole placement andoptimal control were used for simple control of the aircraft. Finally, a linearmodel following control method was used to the model following control. It wascompared three methods of control results and drawn a general conclusion by matlabsimulation.
Keywords hypersonic vehicle linearization pole placement optimal controlmodel following control
目次
1绪论1
1.1研究背景及意义1
1.2高超声速飞行器研究现状1
1.3高超声速飞行器控制研究概述2
1.4本文研究内容3
2高超声速飞行器建模及模型分析4
2.1高超声速飞行器建模4
2.2高超声速飞行器线性模型分析7
2.3本章小结9
3高超声速飞行器极点配置设计10
3.1极点配置基本原理10
3.2控制器设计及仿真10
3.3本章小结13
4高超声速飞行器最优状态调节器设计15
4.1最优状态控制器设计原理15
4.2最优状态调节器设计与仿真16
4.3本章小结20
5高超声速飞行器模型跟随控制器设计21
5.1模型跟随控制器设计原理21
5.2模型跟随控制器设计与仿真21
5.3本章小结25
结论26
致谢27
参考文献28
1 绪论
1.1 研究背景及意义当今世界，随着科学技术的不断进步，航空航天业高速发展，高超声速飞行器以其具有的重要的军事和战略意义成为各国航空航天业及军事领域研究的重点。高超声速飞行器是指飞行速度大于5马赫的飞行器。高超声速飞行器飞行的一般高度介于20km到100km之间，该范围高于普通飞机飞行高度且低于卫星飞行高度，在高速运输等方面有效填补了飞机和卫星的空白。在技术层面，高超声速飞行器运用了控制一体化技术，拓宽飞行器飞行范围。并且，相比于火箭，高超声速飞行器在运输小型卫星进入低地球轨道时会耗费更少的资金和能源[1]~[3]。若将高超声速技术用于导弹的研制，这些导弹就能更加快速地打击目标，同时由于高超声速导弹的飞行轨迹复杂，令拦截更加困难；若使用高超声速飞行器用作轰炸机，则能在敌人还未能察觉时进入并打击敌方重要腹地，出其不意地战胜敌人。总之，无论是用于军事还是民用，高超声速飞行器都拉进了两地的距离，大大减小了飞行时间，提高了飞行运输的效率，为军队提供了战斗先机，为人们提供了便利。和常规飞行器相比，高超声速飞行器飞行高度范围更大，不同高度飞行环境不同，会受到更多天气因素以及自身结构带来的干扰，而其控制系统具有非线性和强耦合的特点，这些因素为高超声速飞行器的控制带来更大的挑战。面对这些挑战，国内外一些专家工程师给出了自己建立的高超声速飞行器数学模型以及对其进行的控制方法[4]~[8]。 Matlab高超声速飞行器的模型跟随控制方法及其仿真:http://www.751com.cn/zidonghua/lunwen_29320.html