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高超声速飞行器自适应鲁棒跟踪滤波算法

宇航学报 2023年第5期44卷 752-763页

作者：梁新茹高长生荆武兴哈尔滨工业大学航天学院哈尔滨150001

针对高超声速飞行器在复杂空域飞行时,探测信息为非平稳且统计信息未知的非高斯闪烁噪声,提出了一种改进的鲁棒高斯-学生t混合分布滤波(RGSTMF)算法。首先,针对噪声的非高斯和非平稳特性,该算法利用高斯-学生t混合(GSTM)分布对量测噪声... 详细信息

针对高超声速飞行器在复杂空域飞行时,探测信息为非平稳且统计信息未知的非高斯闪烁噪声,提出了一种改进的鲁棒高斯-学生t混合分布滤波(RGSTMF)算法。首先,针对噪声的非高斯和非平稳特性,该算法利用高斯-学生t混合(GSTM)分布对量测噪声进行建模。针对实际跟踪过程中存在的噪声统计特性未知问题,采用高斯-逆Wishart分布对量测噪声未知且时变的均值进行描述,并且采用伽马函数对学生t(ST)分布的自由度进行建模。引入伯努利随机变量和隐变量,将建模好的GSTM分布模型描述成分层高斯状态空间。基于构建的分层高斯状态空间模型,通过变分贝叶斯算法,完成对RGSTMF算法的推导。仿真结果表明,在复杂空域噪声的探测信息异常值出现以及探测信息统计特征未知时,所提出的算法能有效提高跟踪滤波的精度和鲁棒性。

关键词：高超声速飞行器高斯-学生t混合分布变分贝叶斯算法鲁棒跟踪

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高超声速飞行器指定时间自适应控制

控制与决策 2023年第6期38卷 1602-1610页

作者：王冠夏红伟哈尔滨工业大学航天学院哈尔滨150001

为了解决高超声速飞行器纵向运动模型的稳定轨迹跟踪控制问题,设计一种指定时间自适应控制方法.通过引入障碍李雅普诺夫函数,保证速度跟踪误差和高度跟踪误差能够收敛到期望的区域,同时满足系统的瞬态性能和稳态精度.将自适应控制与实... 详细信息

为了解决高超声速飞行器纵向运动模型的稳定轨迹跟踪控制问题,设计一种指定时间自适应控制方法.通过引入障碍李雅普诺夫函数,保证速度跟踪误差和高度跟踪误差能够收敛到期望的区域,同时满足系统的瞬态性能和稳态精度.将自适应控制与实际指定时间稳定理论结合,实现闭环系统在指定时间稳定,收敛时间可根据实际需求预先指定.引入的固定时间滤波器对虚拟导数进行求解,可以避免传统反步控制中存在的“计算爆炸”问题,提高收敛速度.对所设计的控制器利用李雅普诺夫理论给出严格理论证明,并能够保证系统其他状态变量在指定时间内趋于稳态值.仿真结果表明,所设计的控制器能够使速度和高度稳定地跟踪参考信号,满足时变的性能约束需求且具有较强的鲁棒性.

关键词：高超声速飞行器飞行控制自适应指定时间障碍李雅普诺夫函数固定时间滤波器

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高超声速飞行器自适应固定时间抗饱和控制

哈尔滨工程大学学报 2022年第7期43卷 1013-1022页

作者：刘继承江驹阴浩博刘亮南京航空航天大学自动化学院江苏南京210016

针对参数不确定和外界干扰下的高超声速飞行器的控制问题,本文提出了一种自适应固定时间控制方法。采用反馈线性化方法对高超声速纵向动力学模型进行输入输出线性化,并基于固定时间控制理论针对该线性模型分别设计了速度和高度通道的固... 详细信息

针对参数不确定和外界干扰下的高超声速飞行器的控制问题,本文提出了一种自适应固定时间控制方法。采用反馈线性化方法对高超声速纵向动力学模型进行输入输出线性化,并基于固定时间控制理论针对该线性模型分别设计了速度和高度通道的固定时间自适应高阶滑模控制器,提高了系统的收敛速度。对于执行器饱和问题,设计了一种新型抗饱和辅助系统并引入控制器中。基于李雅普诺夫理论对所设计的控制器进行严格证明,得到了闭环系统的固定时间收敛特性。与现有文献高阶滑模控制方法进行仿真对比实验,验证了本文所设计方法的有效性和鲁棒性。

关键词：高超声速飞行器参数不确定外界干扰非线性控制固定时间控制高阶滑模自适应控制输入受限鲁棒控制

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高超声速飞行器命中精度高准确度评估

北京航空航天大学学报 2022年第11期48卷 2130-2137页

作者：彭维仕武警工程大学装备管理与保障学院西安710086

为科学合理地评估高超声速飞行器的命中精度,提出了一种基于误差谱的高超声速飞行器命中精度高准确度评估方法。对获得的高超声速飞行器命中精度数据进行预处理,得到该数据的落点偏差。构建算术平均误差、均方根误差、调和平均误差、误... 详细信息

为科学合理地评估高超声速飞行器的命中精度,提出了一种基于误差谱的高超声速飞行器命中精度高准确度评估方法。对获得的高超声速飞行器命中精度数据进行预处理,得到该数据的落点偏差。构建算术平均误差、均方根误差、调和平均误差、误差中位数、误差众数、几何平均误差和迭代中距误差评估指标来反映高超声速飞行器命中精度的性能。分别建立高超声速飞行器命中精度评估模型及其可信度模型。通过实例验证所提评估方法的正确性和合理性。仿真结果表明:所提方法不仅能给出高超声速飞行器命中精度的评估结果,还能给出该结果的可信度。研究工作为高超声速飞行器命中精度的高准确度评估提供了新的科学评估方法。

关键词：高超声速飞行器误差谱系统评论理论与方法命中精度评估方法可信度模型

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高超声速飞行器前缘主动冷却影响因素

航空学报 2022年第12期43卷 1-11页

作者：罗世彬庙智超宋佳文中南大学航空航天学院长沙410083

主动冷却技术是目前高超声速飞行器发展的重点方向,对不同的主动冷却方式进行组合可实现优势互补,能为承受热流密度极高的飞行器前缘提供有效的热防护。以高超声速飞行器前缘气膜-发散组合冷却结构为研究对象,建立CFD数值计算模型,研究... 详细信息

主动冷却技术是目前高超声速飞行器发展的重点方向,对不同的主动冷却方式进行组合可实现优势互补,能为承受热流密度极高的飞行器前缘提供有效的热防护。以高超声速飞行器前缘气膜-发散组合冷却结构为研究对象,建立CFD数值计算模型,研究来流攻角为0°、4°和12°时对组合冷却效果的影响,对不同前缘上楔角构型的组合冷却效果进行分析。结果表明,攻角的出现使前缘模型上下半段的温差增大,上下壁面的温差最高可达639.2 K,攻角的改变通过影响外壁面压力的分布来影响结构中冷却剂的流量分配。增大前缘上楔角会使冷却剂向多孔介质下游输运的距离减小,外壁面温度与上楔角之间呈现近似线性增长的趋势。

关键词：高超声速飞行器气膜冷却发散冷却来流攻角前缘楔角

高超声速飞行器热喷高温燃气红外辐射特性数值模拟

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红外与激光工程 2022年第10期51卷 66-75页

作者：傅杨奥骁江涛刘庆宗丁明松李鹏董维中高铁锁许勇中国空气动力研究与发展中心计算空气动力研究所绵阳四川621000

喷流反作用控制系统(Reaction Control System,RCS)热喷高温燃气辐射效应对飞行器光学探测跟踪具有重要影响。基于谱带辐射模型,通过求解带化学反应源项的三维Navier-Stokes方程和辐射传输方程,对高超声速飞行器喷流反作用控制系统热喷... 详细信息

喷流反作用控制系统(Reaction Control System,RCS)热喷高温燃气辐射效应对飞行器光学探测跟踪具有重要影响。基于谱带辐射模型,通过求解带化学反应源项的三维Navier-Stokes方程和辐射传输方程,对高超声速飞行器喷流反作用控制系统热喷干扰流场及其红外辐射特性进行了数值模拟,分析了二次燃烧效应、不同飞行条件以及不同观测角度对流场红外辐射特性的影响。研究表明:典型状态喷流辐射计算与实验测量结果一致,流场与红外辐射数值方法具有较好的适应性;飞行器RCS工作所形成热喷干扰流场的红外辐射,主要由喷流燃气中的CO_(2)和H_(2)O组分贡献,其中CO_(2)对辐射的贡献更大,流场中二次燃烧效应对流场辐射强度有显著影响,在20 km高度下可使流场辐射强度提高一倍以上;随着马赫数/高度的增加,流场辐射强度均呈现先略有减小,后增大的趋势,随着高度增加,二次燃烧效应对流场辐射强度的影响明显减弱;由飞行器RCS工作引起的辐射增量十分显著,俯视观测以及3~5μm波段的目标辐射强度最大。文中的研究结果可为飞行器探测跟踪提供参考。

关键词：高超声速飞行器喷流反作用控制系统喷流干扰二次燃烧效应红外辐射数值模拟

高超声速飞行器气动热耗散、输运及转换技术研究进展

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宇航学报 2022年第8期43卷 983-999页

作者：苟建军肖爽胡嘉欣高戈龚春林西北工业大学航天学院西安710072

针对高超声速飞行器面临的严重气动热集中、累积和时变问题,从气动热耗散、输运和转换三个方面,分别论述了被动热耗散材料、结构和主动热耗散技术,基于高导热材料、热管和工质对流的热输运技术,以及再生转换和热电转换技术的研究现状及... 详细信息

针对高超声速飞行器面临的严重气动热集中、累积和时变问题,从气动热耗散、输运和转换三个方面,分别论述了被动热耗散材料、结构和主动热耗散技术,基于高导热材料、热管和工质对流的热输运技术,以及再生转换和热电转换技术的研究现状及其在高超声速飞行器上的应用案例,提出了上述技术在面临高超声速气动热时存在的问题。最后,针对高超声速飞行器气动热耗散、输运和转换技术的发展趋势进行了展望。

关键词：高超声速飞行器气动热管理热耗散热输运热转换

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高超声速飞行器新型攻角约束反演控制

系统工程与电子技术 2022年第4期44卷 1310-1317页

作者：韦俊宝李海燕李静海军工程大学兵器工程学院湖北武汉430033

针对考虑攻角约束的高超声速飞行器控制问题,提出一种受限指令滤波器与预设性能方法相结合的反演控制方案。首先,从高超声速飞行器运动模型中划分出高度子系统并基于反演控制方法设计控制器。为了解决攻角约束问题,构造受限指令滤波器... 详细信息

针对考虑攻角约束的高超声速飞行器控制问题,提出一种受限指令滤波器与预设性能方法相结合的反演控制方案。首先,从高超声速飞行器运动模型中划分出高度子系统并基于反演控制方法设计控制器。为了解决攻角约束问题,构造受限指令滤波器对攻角虚拟指令限幅并保证指令的可导性。然后,利用预设性能方法预先设定约束范围,保证攻角跟踪误差始终满足约束条件的同时,提高其瞬态和稳态性能。另外,针对系统参数不确定与外界干扰,采用线性扩张状态观测器(linear extended state observer,LESO)进行观测并补偿。基于Lyapunov稳定理论证明了系统的跟踪误差最终一致有界,最后通过仿真验证了该方法的有效性。

关键词：高超声速飞行器攻角约束指令滤波器预设性能线性扩张状态观测器

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高超声速飞行器的非概率可靠性分析

哈尔滨工业大学学报 2023年第12期55卷 1-8页

作者：何佳乐王玉惠张浩迪南京航空航天大学自动化学院南京211106

为探究高超声速飞行器整体结构可靠性及其可靠性的影响因素,确保飞行器执行任务时的结构安全,将应力-强度干涉模型与区间数相结合,提出了子域子区间新方法分析高超声速飞行器结构强度可靠性。首先,分析高超声速飞行器在不同飞行状态下... 详细信息

为探究高超声速飞行器整体结构可靠性及其可靠性的影响因素,确保飞行器执行任务时的结构安全,将应力-强度干涉模型与区间数相结合,提出了子域子区间新方法分析高超声速飞行器结构强度可靠性。首先,分析高超声速飞行器在不同飞行状态下各受力面的力矩;其次,将飞行器结构近似为等效悬臂梁,考虑其所受力矩、宽度和飞行高度的不确定性,并表示为区间数;然后,考虑飞行器结构强度随时间退化,基于应力-强度干涉模型进行非概率可靠性分析,建立飞行器结构动态可靠性模型;最后,提出子域子区间法分析结构强度的指数退化特性和飞行动态对结构可靠性的影响。仿真结果表明,子域子区间法相比于传统蒙特卡罗法,在相同采样点数情况下,精确度会更高,验证了所提方法的可行性和有效性;飞行器可靠性随着飞行器结构强度指数递减而逐渐减小;飞行器的飞行动态会对结构可靠性产生主要影响,其中随着飞行高度的升高飞行器可靠性会逐渐增加,随着速度以及迎角的增大而逐渐减小。

关键词：高超声速飞行器结构可靠性应力-强度干涉模型区间模型非概率可靠性