【摘要】：隨著我國航天技術(shù)的發(fā)展以及對太空探測的深入,重型運載火箭的研制已成為我國太空發(fā)展戰(zhàn)略的必然要求。重型運載火箭由于質(zhì)量、推力和長細比大,結(jié)構(gòu)質(zhì)量較低,且采用多發(fā)動機聯(lián)合擺動,箭體在飛行過程中存在復雜的彈性振動特性,同時復雜的外部環(huán)境干擾、參數(shù)不確定性使傳統(tǒng)增益定序PD控制難以達到控制精度要求。本文對重型運載火箭模型參考自適應增廣控制方法進行研究,旨在通過該方法提高傳統(tǒng)增益定序PD控制對飛行環(huán)境的適應性。本文首先對自適應增廣控制的國內(nèi)外研究現(xiàn)狀進行了調(diào)研,包括自適應增益調(diào)整、干擾補償控制、主動減載控制和控制分配技術(shù)的發(fā)展。然后對重型運載火箭的運動特性和受力進行了分析,建立了重型運載火箭剛體-彈性耦合數(shù)學模型、彈性振動模型和控制模型。根據(jù)重型運載火箭彈性振動頻率的變化特點,基于粒子群優(yōu)化(PSO)方法設(shè)計了校正網(wǎng)絡,并提出了校正網(wǎng)絡按飛行時段切換的彈性振動抑制方法。設(shè)計了自適應增益調(diào)整算法提高增益定序PD控制器應對大干擾、不確定性和彈性振動頻率突變的能力,仿真結(jié)果表明,自適應增益調(diào)整算法對標稱控制器的性能具有較好的改善作用。針對控制增益下降導致的姿態(tài)控制誤差較大的問題,基于擴張狀態(tài)觀測器設(shè)計了干擾補償控制結(jié)構(gòu);針對低結(jié)構(gòu)質(zhì)量的箭體經(jīng)過大動壓區(qū)時結(jié)構(gòu)載荷過大的問題,基于Lyapunov定理設(shè)計了主動減載控制結(jié)構(gòu);針對多推力矢量發(fā)動機的控制分配問題,基于鏈式遞增算法設(shè)計了控制分配結(jié)構(gòu)。最后對重型運載火箭一級助推段的姿態(tài)控制進行了非線性仿真,通過將模型參考自適應增廣控制與傳統(tǒng)增益定序PD控制進行對比,驗證了以下內(nèi)容:(1)自適應增益調(diào)整算法能夠通過改變控制增益抑制大干擾、不確定性和彈性振動頻率突變的影響;(2)基于擴張狀態(tài)觀測器的干擾補償控制能夠減小因增益下降導致的姿態(tài)角誤差;(3)基于Lyapunov定理的主動減載控制能夠降低箭體結(jié)構(gòu)在大動壓區(qū)受到的載荷;(4)鏈式遞增算法能夠有效實現(xiàn)多推力矢量發(fā)動機控制的力矩分配。
【圖文】：

采用模型參考自適應控制方法設(shè)計了運載火箭控制系統(tǒng)[7]。王佩等針對運載箭姿態(tài)運動中由參數(shù)不確定性、內(nèi)外干擾和彈性頻率變化導致的姿態(tài)控制題，基于微分估計器和分數(shù)階 PD 控制實現(xiàn)對火箭的剛體控制[8]。在多種運載火箭控制方法中，研究人員考慮得最多的主要有兩方面的題：一是如何在大范圍擾動和參數(shù)不確定性影響下減小運載火箭姿態(tài)控制差；二是如何實現(xiàn)在彈性振動與剛體運動耦合較強時實現(xiàn)對彈性振動的抑制在考慮上述問題的基礎(chǔ)上，結(jié)合方便實現(xiàn)工程應用的要求，國內(nèi)外研究員多致力于研究對傳統(tǒng)控制方法的改進，進而提高運載火箭控制系統(tǒng)的性能其中，自適應增廣控制方法取得了較大的研究進展。1.2.2 運載火箭自適應增廣控制發(fā)展現(xiàn)狀自適應增廣控制（Adaptive Augmenting Control,AAC）的基本思想是通多種控制回路提高傳統(tǒng)控制器應對不同飛行環(huán)境的能力。自適應增廣控制中了傳統(tǒng)標稱控制器和校正網(wǎng)絡結(jié)構(gòu)外，還包括自適應增益調(diào)整、干擾補償、動減載和控制分配結(jié)構(gòu)，如下圖所示。

哈爾濱工業(yè)大學工程碩士學位論文航平面彎曲振動與俯仰平面彎曲振動唯一的區(qū)別是外力作用方俯仰平面彎曲振動微分方程相似，可以得到偏航平面彎曲振動 扭轉(zhuǎn)彈性振動微分方程載火箭在外力作用下除了會發(fā)生彎曲振動外，，還存在箭體軸線分析運載火箭的扭轉(zhuǎn)振動時，將其簡化為一個圓柱體，則其扭示。
【學位授予單位】：哈爾濱工業(yè)大學
【學位級別】：碩士
【學位授予年份】：2018
【分類號】：V448.1

【參考文獻】

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本文編號：2670104