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亚轨道飞行器再入返回制导与控制方法研究汇报人：2024-01-15

引言亚轨道飞行器再入返回动力学建模制导律设计与优化方法控制方法研究与实现系统集成与仿真验证结论与展望目录

01引言

亚轨道飞行器是一种能够在地球大气层上部进行高速飞行的航天器，具有广泛的应用前景，如快速全球打击、太空旅游、科学实验等。亚轨道飞行器的定义与应用在亚轨道飞行器的再入返回过程中，面临着高速再入气动热、黑障通信中断、高精度导航制导控制等多重技术挑战。再入返回过程中的挑战制导与控制方法是亚轨道飞行器实现安全、可靠再入返回的关键，对于提高飞行器的性能、降低风险具有重要意义。制导与控制方法的重要性研究背景与意义

国外在亚轨道飞行器再入返回制导与控制方法方面已经开展了大量研究，取得了一系列重要成果，如高精度导航技术、鲁棒控制方法等。国外研究现状国内在相关领域的研究起步较晚，但近年来发展迅速，已经在一些关键技术上取得了重要突破。国内研究现状随着亚轨道飞行器的应用需求不断增长，未来制导与控制方法将朝着更高精度、更强鲁棒性、更智能化的方向发展。发展趋势国内外研究现状及发展趋势

研究目标本文旨在针对亚轨道飞行器再入返回过程中的制导与控制问题，提出一种高精度、强鲁棒性的制导控制方法。主要研究内容包括建立亚轨道飞行器再入返回动力学模型、设计高精度导航算法、研究鲁棒控制策略等。结构安排本文首先介绍研究背景与意义，然后分析国内外研究现状及发展趋势，接着阐述论文的主要研究内容与目标，最后给出结论与展望。论文主要研究内容与结构安排

02亚轨道飞行器再入返回动力学建模

亚轨道飞行器从太空返回地球大气层的过程，涉及高速飞行和气动加热等复杂现象。再入段下降段着陆段飞行器在大气层内减速下降的过程，需要考虑气动特性和重力影响。飞行器接近地面时的着陆过程，涉及着陆点的选择和着陆方式的规划。030201飞行器再入返回过程描述

03气动力/力矩模型建立飞行器在大气层内受到的气动力和力矩模型，考虑气动特性和飞行状态的影响。01质心运动方程描述飞行器在惯性坐标系下的质心运动，包括位置、速度和加速度等参数。02绕质心转动方程描述飞行器绕质心的转动运动，涉及角速度、角动量等参数。动力学方程建立

仿真分析利用仿真手段对飞行器的再入返回过程进行分析，包括轨迹规划、制导律设计、控制策略制定等。结果评估根据仿真结果对飞行器的性能进行评估，如精度、稳定性、鲁棒性等，为后续的优化设计提供依据。模型验证通过对比仿真结果与实际飞行数据，验证所建立动力学模型的准确性和可靠性。模型验证与仿真分析

03制导律设计与优化方法

通过建立亚轨道飞行器的动力学模型，结合飞行任务需求，设计能够稳定、精确引导飞行器再入返回的制导律。基于物理模型的制导律设计考虑飞行过程中的不确定性因素，如大气密度变化、风干扰等，设计具有自适应能力的制导律，以提高制导精度和鲁棒性。自适应制导律设计制导律设计思路及原理

运用最优控制理论，如线性二次型调节器（LQR）、模型预测控制（MPC）等，设计能够实现最优轨迹跟踪和状态调节的制导律。综合考虑飞行安全、燃料消耗、制导精度等多个目标，运用多目标优化方法设计制导律，以实现多目标之间的平衡和优化。基于最优控制的制导律设计多目标优化制导律设计最优控制理论应用

123通过仿真或实际飞行试验，对设计的制导律进行精度评估，包括位置精度、速度精度等，以验证制导律的有效性。制导精度评估针对不同飞行条件和不确定性因素，评估制导律的鲁棒性，即在不同情况下的稳定性和适应性。鲁棒性评估将设计的制导律与其他常用制导方法进行对比分析，如比例导引、最优控制等，以突出所设计制导律的优势和特点。与其他制导方法的对比分析制导律性能评估与对比分析

04控制方法研究与实现

基于最优控制的制导策略通过求解最优控制问题，得到使性能指标最优的制导律，实现对飞行器的精确制导。基于鲁棒控制的制导策略针对模型不确定性和外部干扰，设计鲁棒控制器，保证系统稳定性和性能。基于智能控制的制导策略利用神经网络、模糊逻辑等智能算法，实现对复杂非线性系统的有效控制。控制策略选择及原理阐述030201

控制器结构设计根据系统特性和控制需求，选择合适的控制器结构，如PID控制器、状态反馈控制器等。参数整定方法采用经验试凑法、最小二乘法、遗传算法等方法，对控制器参数进行整定，以获得最佳控制性能。控制器优化方法利用现代优化算法，如粒子群算法、蚁群算法等，对控制器参数进行寻优，提高控制精度和鲁棒性。控制器设计与参数整定方法

控制效果仿真验证与评估根据飞行器动力学模型和控制策略，建立仿真模型，模拟实际飞行过程。仿真验证实施在仿真环境中，对设计的控制器进行验证，观察并分析控制效果。控制性能评估通过比较仿真结果与实际飞行数据的差异，评估控制器的性能优劣。同时，可采用性能指标如超调量、调节时