基于预估的新型飞行器重构控制策略研究

项目构建了载人返回舱和航天器数学模型，并进行了网格划分和流场的建立，有效的预估再入飞行器的烧蚀深度和烧蚀温度的变化趋势。项目开展了重构控制的研究，结合模型预测控制和自适应鲁棒控制，应用动态滚动优化算法和在线滤波，对飞行轨迹进行重构，同时考虑了不确定因素的外部干扰， 通过有限的控制量达到轨迹跟踪的鲁棒性和一致性。本课题主要的研究成果包括：1.建立适当的气动数学模型，构建了以载人返回舱和航天器的高超声速飞行器几何模型。应用相关的航空航天专业设计软件，对提出的几何模型进行了网格划分和流场的建立，并针对不同的再入条件进行了三维仿真实验；2.提出了Newton-Raphson和TDMA算法解析动态烧蚀的过程，并且应用Fortran语言仿真了烧蚀过程及飞行器表面温度的变化；3.研究不同舵面配置下对再入轨迹的影响，建立舵角与再入轨迹之间的关联，并用数学统计的方法进行描述；4.考虑到烧蚀可能引发的舵面故障，建立了舵面失效因子矩阵，结合鲁棒观测器和模型预测控制(MPC)算法，实现重构冗余控制舵面改变烧蚀增量；5. 在重构控制应用中，研究了新型非线性系统的抗饱和控制算法。利用无人直升机模型设计了多款非线性控制算法，为重构控制实际应用创造条件。