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一种基于模糊控制的平稳滑翔再入制导律

周锐 张宇航 熊伟 史智广

周锐, 张宇航, 熊伟, 等 . 一种基于模糊控制的平稳滑翔再入制导律[J]. 北京航空航天大学学报, 2021, 47(2): 197-206. doi: 10.13700/j.bh.1001-5965.2020.0264
引用本文: 周锐, 张宇航, 熊伟, 等 . 一种基于模糊控制的平稳滑翔再入制导律[J]. 北京航空航天大学学报, 2021, 47(2): 197-206. doi: 10.13700/j.bh.1001-5965.2020.0264
ZHOU Rui, ZHANG Yuhang, XIONG Wei, et al. A reentry steady glide guidance algorithm based on fuzzy control[J]. Journal of Beijing University of Aeronautics and Astronautics, 2021, 47(2): 197-206. doi: 10.13700/j.bh.1001-5965.2020.0264(in Chinese)
Citation: ZHOU Rui, ZHANG Yuhang, XIONG Wei, et al. A reentry steady glide guidance algorithm based on fuzzy control[J]. Journal of Beijing University of Aeronautics and Astronautics, 2021, 47(2): 197-206. doi: 10.13700/j.bh.1001-5965.2020.0264(in Chinese)

一种基于模糊控制的平稳滑翔再入制导律

doi: 10.13700/j.bh.1001-5965.2020.0264
基金项目: 

国家自然科学基金 61773031

中国电子科技集团公司航天信息应用技术重点实验室开放基金 

详细信息
    作者简介:

    周锐  男, 博士, 教授, 博士生导师。主要研究方向: 飞行器自主控制、多飞行器协同控制

    张宇航  男, 硕士, 助理工程师。主要研究方向: 再入飞行器设计

    熊伟  男, 硕士, 高级工程师。主要研究方向: 轨道设计与研究

    史智广  男, 硕士, 研究员。主要研究方向: 临近空间飞行器总体技术

    通讯作者:

    张宇航. E-mail: zhyhbuaa@163.com

  • 中图分类号: V448.235

A reentry steady glide guidance algorithm based on fuzzy control

Funds: 

National Natural Science Foundation of China 61773031

CETC Key Laboratory of Aerospace Information Applications Foundation 

More Information
  • 摘要:

    针对升力式高超声速飞行器(LHV)再入滑翔过程中的周期性振荡现象,提出了一种基于模糊推理与控制的反馈调节方法以抑制振荡实现平稳滑翔。纵向制导在落点误差预测及指令校正的基础上,在倾侧角外环控制回路增加以高度变化率及空速作为输入的模糊控制器对倾侧角指令进行调节,横侧向制导通过航向角误差走廊约束及倾侧角反转逻辑实现大横程条件下的侧向控制。所提方法不依赖于准平衡滑翔条件(QEGC),同时避免了参数化反馈控制律中的反馈项参数设计问题,具有较强的自适应能力。LHV制导实例仿真表明,所提方法可有效抑制振荡现象,满足终端约束及再入走廊约束,方法的鲁棒性也通过Monte Carlo仿真得到了验证。

     

  • 图 1  H-V再入走廊

    Figure 1.  H-V reentry corridor

    图 2  航向角误差走廊

    Figure 2.  Course angle error corridor

    图 3  基于模糊控制的倾侧角调节算法

    Figure 3.  Bank angle correction algorithm based on fuzzy control

    图 4  输入、输出隶属度函数

    Figure 4.  Membership function of input and output

    图 5  参考高度变化率取值

    Figure 5.  Reference value definition of height gradient

    图 6  倾侧角修正值模糊推理结果

    Figure 6.  Fuzzy logic results of bank angle correction

    图 7  基于模糊控制的平稳滑翔再入制导律

    Figure 7.  Reentry steady glide guidance algorithm with fuzzy control

    图 8  标准条件下的再入制导仿真结果

    Figure 8.  Simulation results of reentry guidance in standard conditions

    图 9  扰动条件下的再入制导仿真结果

    Figure 9.  Simulation results of reentry guidance in dispersion conditions

    表  1  模糊推理规则

    Table  1.   Fuzzy logic rules

    V
    NB NM NS NE PE PS PM PB
    NB NB NB NM NS NS NE PS PM
    NM NB NB NM NS NS NE PS PM
    NS NB NB NM NS NS NE PS PM
    NE NB NB NM NS NS NE PS PM
    PE NB NM NM NS NE PE PM PB
    PS NB NM NM NS NE PE PM PB
    PM NB NM NM NS NE PE PM PB
    PB NB NM NM NS NE PE PM PB
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    表  2  标准条件下再入初始参数

    Table  2.   Reentry initial parameters in standard conditions

    参数 算例1 算例2 算例3
    高度/km 80 80 80
    速度/(m·s-1) 7 000 6 800 6 900
    经度/(°) 10 10 0
    纬度/(°) 30 20 10
    航迹俯仰角/(°) -1 -1 -1
    航向角/(°) 120 120 100
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    表  3  标准条件下再入末端约束

    Table  3.   Reentry terminal constraint in standard conditions

    参数 数值
    高度/km 24
    速度/(m·s-1) 1 800
    经度/(°) 10
    纬度/(°) -20
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    表  4  标准条件下再入末端误差

    Table  4.   Reentry terminal error in standard conditions

    误差 算例1 算例2 算例3
    位置误差/km 9.36/5.20 6.17/8.32 11.92/11.85
    高度误差/km 0.83/2.48 0.19/1.47 0.17/1.79
    速度误差/(m·s-1) 4/10 1/17 0/7
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    表  5  再入扰动参数设置

    Table  5.   Dispersion parameter setting of reentry guidance

    偏差项 分布类型 偏差量
    大气密度偏差Δρ 高斯分布 5%
    高度偏差Δh 高斯分布 5.0 km
    速度偏差ΔV 高斯分布 100 m/s
    经度偏差Δθ 高斯分布 0.1°
    纬度偏差Δϕ 高斯分布 0.1°
    航迹俯仰角偏差Δγ 均匀分布 0.1°
    航向角偏差Δψ 均匀分布 1.0°
    升力系数偏差ΔCL 高斯分布 10%
    阻力系数偏差ΔCD 高斯分布 10%
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    表  6  扰动条件下再入初始参数

    Table  6.   Reentry initial parameters in dispersion conditions

    参数 数值
    高度/km 80
    速度/(m·s-1) 7 000
    经度/(°) 10
    纬度/(°) 30
    航迹俯仰角/(°) -1
    航向角/(°) 135
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    表  7  扰动条件下再入末端约束

    Table  7.   Reentry terminal constraint in dispersion conditions

    参数 数值
    高度/km 20
    速度/(m·s-1) 1 800
    经度/(°) 90
    纬度/(°) -20
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出版历程
  • 收稿日期:  2020-06-15
  • 录用日期:  2020-07-17
  • 网络出版日期:  2021-02-20

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