基于异类冗余执行机构的超声速往返飞行器可重构控制研究

To meet the development of the space research, space tourism and military requirements, the supersonic aerospace vehicle came into being. With increasing numbers of control mechanism in the supersonic vehicle, redesigning the control law of heterogeneous redundant actuators directly is very difficult or even impossible to implement. Therefore, the research on the flight control system about the heterogeneous redundant actuators of supersonic aerospace vehicle with high precision and reliability will be important scientific significance and engineering application values. The main contents of this application including: 1) The research on tough time-varying, nonlinear and coupled flight control strategy. The robustness adaptive inversion flight control strategy based-on neural network is proposed to meet the requirements of the closed-loop system stability conditions and high accuracy, strong robustness of supersonic vehicle control system under the conditions of weakening scale separation.2) The research on reconfigurable dynamic control allocation strategy based-on the heterogeneous redundant actuators. A reconfigurable dynamic control allocation strategy is proposed to satisfy the requirements of high reliability as one or more actuators failure.3) The scheme of the integration of control system and control allocation is studied; the general design of the reconfigurable control system is completed; the reconfigurable control program with the high precision and high reliability is studied to supporting the experiment of supersonic aerospace vehicle in the future.

为满足空间研究、太空旅游、军事需求等方面的发展需求，超声速天地往返飞行器应运而生。随着超声速飞行器操纵机构数目的急剧增加，直接针对异类冗余执行机构重新设计控制律变得十分困难甚至根本无法实现。因此，开展具有异类冗余执行机构的超声速往飞行器高精度、高可靠性飞控系统的研究将具有重要科学意义及工程应用价值。本申请研究的主要内容有：1）高动态、强变参数、强非线性及强耦合的飞行控制策略研究。提出一种基于神经网络的鲁棒自适应逆飞行控制策略，以满足弱化时标分离条件下的闭环系统稳定性条件及高超声速飞行器控制系统高精度、强鲁棒性的要求。2）基于异类冗余执行机构的可重构动态控制分配策略研究。提出一种可重构动态控制分配策略，当一个或多个执行机构失效或者产生故障时，以满足飞行器高可靠性的要求。3）基本控制集成和控制分配方案，完成重构控制系统总体设计，为未来超声速往返飞行器的试验提供高精度、高可靠性的重构控制方案。

为满足空间研究、太空旅游、军事需求等方面的发展需求，超声速天地往返飞行器应运而生。随着超声速飞行器操纵机构数目的急剧增加，直接针对异类冗余执行机构重新设计控制律变得十分困难甚至根本无法实现。因此，开展具有异类冗余执行机构的超声速往飞行器高精度、高可靠性飞控系统的研究将具有重要科学意义及工程应用价值。针对高动态、强变参数、强非线性及强耦合的飞行控制策略研究，提出了一种基于神经网络的鲁棒自适应逆飞行控制策略，以满足弱化时标分离条件下的闭环系统稳定性条件及高超声速飞行器控制系统高精度、强鲁棒性的要求，给出了飞行器系统稳定的一般条件；针对飞行器异类冗余执行机构的可重构动态控制分配策略研究，提出了一种可重构动态控制分配策略，当一个或多个执行机构失效或者产生故障时，能满足飞行器高可靠性的要求，并且所需执行机构超过20个时，系统速度更快；基本控制集成和控制分配方案的仿真平台系统构建，完成重构控制系统总体设计，为未来超声速往返飞行器的试验提供了一套高精度、高可靠性的重构控制方案。