[发明专利]一种基于自适应预测周期的再入飞行器预测控制方法

说明书

本发明涉及一种基于自适应预测周期的再入飞行器预测控制方法，包括(1)建立反映再入飞行器飞行过程动态特性的姿态动力学模型；(2)对再入飞行器的姿态子系统进行常值预测周期的虚拟预测控制器设计；(3)对再入飞行器的姿态子系统进行动态预测周期的自适应虚拟预测控制器设计；(4)对再入飞行器的姿态角速度子系统进行常值预测周期的预测控制器设计；(5)对再入飞行器的姿态角速度子系统进行动态预测周期的自适应预测控制器设计；(6)对再入飞行器进行动态预测周期的自适应预测控制器设计，从而实现基于自适应预测周期的再入飞行器预测控制。

技术领域

本发明涉及一种飞行器预测控制方法，尤其涉及一种预测周期自适应可调的再入飞行器预测控制方法，属于飞行器姿态控制技术领域。

背景技术

再入飞行器再入返回过程中飞行轨迹涵盖外层空间、稀薄大气层以及稠密大气层，飞行速度从亚音速、超音速到高超音速甚至接近轨道速度，如此大跨度的飞行范围使得其模型特性变化显著，各通道间气动耦合、惯性耦合、运动学耦合现象显著，模型非线性特征显著。另外，各种不确定性外部扰动、建模误差及系统参数不确定的存在，导致姿态控制变得异常复杂。为保证飞行器飞行控制的性能，实现再入过程高精度控制，必须有效抑制上述复合干扰的影响。

目前，国内外关于飞行器高精度姿态控制方法较多，但多针对在轨卫星复杂任务的高精度设计，而适用于再入飞行器快速动态变化且控制效果较好的控制方法较少。预测控制能有效地克服受控对象的模型不确定性与实时动态不确定，并表现出良好的控制性能而得到广泛的应用。在预测控制方面，主要有基于离散域的模型预测控制和基于连续域的广义预测控制，均不能随着控制偏差的变化实时调节预测时域或预测步长，这大大增加了在线计算量，降低了控制的精度。

发明内容

本发明的技术解决问题：针对再入飞行器的任务特点，提供一种预测周期自适应可调的飞行器姿态预测控制方法，该方法具有高控制精度、高稳定度的优点。

本发明采用的技术解决方案：

一种基于自适应预测周期的再入飞行器预测控制方法，步骤如下：

(1)建立反映再入飞行器飞行过程动态特性的姿态动力学模型；

(2)对再入飞行器的姿态子系统进行常值预测周期的虚拟预测控制器设计；

(3)基于步骤(2)得到的姿态子系统的常值预测周期的虚拟预测控制器，对再入飞行器的姿态子系统进行动态预测周期的自适应虚拟预测控制器设计；

(4)对再入飞行器的姿态角速度系统进行常值预测周期的预测控制器设计；

(5)基于步骤(4)得到的姿态角速度系统的常值预测周期的虚拟预测控制器，对再入飞行器的姿态角速度系统进行动态预测周期的自适应预测控制器设计；

(6)结合步骤(3)得到的姿态子系统动态预测周期的自适应虚拟预测控制器以及步骤(5)得到的姿态角速度系统动态预测周期的自适应预测控制器，对再入飞行器进行动态预测周期的自适应预测控制器设计，从而实现基于自适应预测周期的再入飞行器预测控制。

进一步的，所述步骤(1)建立反映再入飞行器飞行过程动态特性的姿态动力学模型，包括三自由度质心平动模型、三自由度质心转动模型以及面向姿控设计的飞行器模型。

进一步的，考虑地球自转对再入运动的影响，将飞行器视作质点，描述质心运动的三自由度质心平动模型为：