兵工学报 ›› 2023, Vol. 44 ›› Issue (2): 496-506.doi: 10.12382/bgxb.2021.0690
董金鲁1, 马悦萌2, 周荻2,*(), 龚晓刚3, 张曦3, 宋加洪3
收稿日期:
2021-09-23
上线日期:
2022-06-29
通讯作者:
基金资助:
DONG Jinlu1, MA Yuemeng2, ZHOU Di2,*(), GONG Xiaogang3, ZHANG Xi3, SONG Jiahong3
Received:
2021-09-23
Online:
2022-06-29
摘要:
为解决升力体构型再入高超声速飞行器的欠驱动强耦合问题,提出一种直接力与襟翼的复合滑模控制方案。再入式高超声速飞行器由于热防护要求以两片体襟翼控制俯仰、偏航和滚转3个通道,强气动耦合所引发侧滑角的持续高频大幅抖动将造成副翼控制量长时间处于饱和状态,进而导致控制系统失稳。为抑制侧滑角的抖动并使其快速收敛,在偏航通道引入一对具有开关特性的侧喷发动机,将系统构建为一个复合控制系统,并基于线性二次型最优控制与滑模控制理论分别为襟翼和侧喷发动机设计了控制律。在两种指令跟踪情形下将复合控制与常规襟翼控制方案进行仿真对比。仿真结果表明,新的复合控制系统能有效地抑制偏航通道的抖振现象,且使侧滑角快速收敛,同时能够使攻角与滚转角快速稳定地跟踪制导指令。
中图分类号:
董金鲁, 马悦萌, 周荻, 龚晓刚, 张曦, 宋加洪. 临近空间高超声速飞行器的直接力与襟翼复合滑模控制[J]. 兵工学报, 2023, 44(2): 496-506.
DONG Jinlu, MA Yuemeng, ZHOU Di, GONG Xiaogang, ZHANG Xi, SONG Jiahong. A Composite Sliding Mode Control Scheme Based on Reaction Jets and Flaps for Near-Space Hypersonic Vehicles[J]. Acta Armamentarii, 2023, 44(2): 496-506.
a1 | a2 | a3 | a4 | a5 | a6 |
---|---|---|---|---|---|
0.0634 | -13.0238 | 59.093 | 0.0952 | 0.0026 | 0.9 |
表1 俯仰通道气动参数
Table 1 Aerodynamic parameters in the pitch channel
a1 | a2 | a3 | a4 | a5 | a6 |
---|---|---|---|---|---|
0.0634 | -13.0238 | 59.093 | 0.0952 | 0.0026 | 0.9 |
b1 | b2 | b4 | b6 | b7 | k1 | ly |
---|---|---|---|---|---|---|
0.063 | 313.45 | 0.092 | -0.9 | -1.555 | 4.141 | 0.006 |
表2 偏航通道气动参数
Table 2 Parameters in the roll and yaw channels
b1 | b2 | b4 | b6 | b7 | k1 | ly |
---|---|---|---|---|---|---|
0.063 | 313.45 | 0.092 | -0.9 | -1.555 | 4.141 | 0.006 |
c1 | c2 | c3 | c4 |
---|---|---|---|
0.063 | -272.139 | 7.775 | 0 |
表3 滚转通道气动参数
Table 3 Parameters in the roll and yaw channels
c1 | c2 | c3 | c4 |
---|---|---|---|
0.063 | -272.139 | 7.775 | 0 |
[1] |
|
[2] |
赵良玉, 雍恩米, 王波兰. 反临近空间高超声速飞行器若干研究进展[J]. 宇航学报, 2020, 41(10):1239-1250.
|
|
|
[3] |
|
[4] |
doi: 10.1016/j.actaastro.2007.01.053 URL |
[5] |
doi: 10.1016/j.isatra.2021.01.017 pmid: 33509597 |
[6] |
doi: 10.1002/asjc.v21.1 URL |
[7] |
doi: 10.1016/j.ast.2015.11.027 URL |
[8] |
|
[9] |
|
[10] |
doi: 10.1109/TAES.7 URL |
[11] |
doi: 10.21629/JSEE URL |
[12] |
赵明元, 魏明英, 何秋茹. 基于有限时间稳定和Backstepping的直接力/气动力复合控制方法[J]. 宇航学报, 2010, 31(9):2157-2164.
|
|
|
[13] |
|
[14] |
doi: 10.1016/j.ast.2018.01.039 URL |
[15] |
doi: S0019-0578(19)30002-3 pmid: 30792126 |
[16] |
doi: 10.1109/TIE.2016.2633530 URL |
[17] |
doi: 10.1016/j.automatica.2020.109461 URL |
[18] |
|
[19] |
doi: 10.1016/j.ast.2018.12.003 URL |
[20] |
doi: 10.1016/j.automatica.2018.11.008 URL |
[21] |
周荻, 董金鲁. 带襟翼的飞行器非线性控制系统分析和设计[J]. 兵工学报, 2017, 38(7):1322-1329.
doi: 10.3969/j.issn.1000-1093.2017.07.010 |
doi: 10.3969/j.issn.1000-1093.2017.07.010 |
|
[22] |
doi: 10.1016/j.spacepol.2006.11.003 URL |
[23] |
doi: S0019-0578(18)30002-8 pmid: 29373115 |
[24] |
|
[25] |
|
[26] |
|
[27] |
doi: 10.1109/Access.6287639 URL |
[28] |
doi: 10.1007/s11071-013-0780-4 URL |
[29] |
doi: 10.1016/j.ast.2019.03.030 URL |
[30] |
doi: 10.1109/TIE.2020.2994858 URL |
[31] |
doi: 10.1016/j.ast.2019.105638 URL |
[32] |
doi: 10.1109/TAC.9 URL |
[33] |
doi: 10.1080/00207179.2018.1428769 URL |
[34] |
|
[1] | 王治霖, 王江, 祁琪, 范世鹏. 基于LESO的新型自适应鲁棒滚转通道控制算法[J]. 兵工学报, 2023, 44(7): 1920-1929. |
[2] | 高铁锁, 江涛, 傅杨奥骁, 丁明松, 刘庆宗, 董维中, 许勇, 李鹏. 不同尺度飞行器周围等离子体分布及电磁波传输效应[J]. 兵工学报, 2023, 44(6): 1809-1819. |
[3] | 马悦萌, 王琳玮, 邵春涛, 周荻, 王永海. 襟翼控制的欠驱动飞行器自抗扰/鲁棒控制系统设计[J]. 兵工学报, 2023, 44(5): 1251-1266. |
[4] | 高雨轩, 侯远龙, 高强, 侯润民. 机载光电跟踪系统的自抗扰与快速非奇异终端滑模组合控制方法[J]. 兵工学报, 2023, 44(4): 1071-1085. |
[5] | 杨春伟, 刘炳琪, 王继平, 邵节, 韩治国. 基于注意力机制的高超声速飞行器LSTM智能轨迹预测[J]. 兵工学报, 2022, 43(S2): 78-86. |
[6] | 苗双全, 张宝泉, 王明超, 王新伟, 沈宇. 基于扰动观测器的机载光电稳定平台自适应指数时变滑模控制[J]. 兵工学报, 2022, 43(7): 1636-1645. |
[7] | 张晚晴, 余文斌, 李静琳, 陈万春. 基于纵程解析解的飞行器智能横程机动再入协同制导[J]. 兵工学报, 2021, 42(7): 1400-1411. |
[8] | 于哲峰, 胥建宇, 罗跃, 杨鹰, 刘进博, 兰京川. 高超声速飞行器烧蚀后退量时序提取及基于神经网络的预测[J]. 兵工学报, 2021, 42(6): 1230-1237. |
[9] | 岳彬, 马文, 呼卫军. 高超声速飞行器的自适应容错控制[J]. 兵工学报, 2021, 42(3): 521-529. |
[10] | 陈路明, 廖自力, 张征. 基于路面自适应的多轮轮毂电机驱动车辆驱动防滑控制[J]. 兵工学报, 2021, 42(10): 2278-2290. |
[11] | 聂守成, 钱林方, 陈志群, 卫俞凯, 尹强. 基于干扰观测器的弹丸协调器电液伺服系统自适应滑模控制[J]. 兵工学报, 2020, 41(9): 1745-1751. |
[12] | 蔺君, 何英姿, 黄盘兴. 带推力高超声速飞行器非连续点火再入轨迹研究[J]. 兵工学报, 2020, 41(7): 1307-1316. |
[13] | 余跃, 王宏伦. 基于深度学习的高超声速飞行器再入预测校正容错制导[J]. 兵工学报, 2020, 41(4): 656-669. |
[14] | 陈升富, 常思江, 吴放. 带有视场角约束的滑模攻击时间控制制导律[J]. 兵工学报, 2019, 40(4): 777-787. |
[15] | 于哲峰, 陈旭明, 杨鹰, 部绍清, 谢爱民, 黄洁, 柳森. 高超声速飞行器尾迹转捩及其对雷达散射截面的影响[J]. 兵工学报, 2019, 40(12): 2467-2472. |
阅读次数 | ||||||
全文 |
|
|||||
摘要 |
|
|||||