RLV再入抗扰动非线性最优控制设计

"RLV抗扰动非线性最优控制器设计" RLV（可重复使用运载器）在再入阶段面临着严重的外部扰动问题，这直接影响其姿态控制和任务执行的准确性。为了解决这一挑战，研究者提出了一种抗扰动非线性最优控制器（ADNOC）的设计方法。该控制器的目的是确保RLV在复杂环境中的稳定性和最优性能。 首先，设计基于时标分离原理的快、慢双回路控制结构。时标分离是控制理论中的一种策略，它将系统的快速动态和慢速动态分开处理，以便更有效地控制不同时间尺度上的系统行为。这种双回路设计能够分别对系统的快速响应和慢速响应进行精确控制，从而增强整体系统的稳定性。 其次，通过将角速率动态转换为线性形式，研究人员简化了控制问题。这一过程可能涉及将非线性的运动方程转化为近似的线性模型，使得可以通过传统的线性控制理论来处理。依赖状态的黎卡提方程（SDRE）在此过程中发挥关键作用，这是一种优化技术，用于计算出最优控制指令，以使系统达到期望的性能指标。 接下来，设计非线性扰动观测器来估算外界干扰。扰动观测器是一种工具，能够实时监测和预测系统中未建模的或不可控的输入，如风阻、热流或其他不确定因素。通过这种方式，控制器可以及时调整指令以抵消这些干扰的影响。 最后，将非线性扰动观测器的估计值整合到非线性最优控制律中，进行干扰补偿。这意味着控制器不仅考虑了系统的理想行为，还考虑了实际操作中可能出现的扰动，从而增强了系统的鲁棒性。 仿真实验结果显示，所设计的ADNOC成功地完成了RLV的姿态跟踪控制，有效抑制了扰动对姿态控制的不利影响，实现了RLV在再入阶段的最优控制性能。这种方法对于提升RLV的再入控制效率，降低任务风险具有重要意义，同时也为其他面临类似问题的空间飞行器提供了有价值的参考。 关键词: 可重复使用运载器；再入控制；抗扰动；非线性扰动观测器 中图分类号: V448.22 文献标志码: A RLV抗扰动非线性最优控制器设计是通过结合时标分离、线性化技术、SDRE优化和非线性扰动观测器来解决再入阶段的控制难题，实现了高效且鲁棒的控制效果。这项研究对于提高RLV的再入控制精度和任务完成能力具有深远的实践意义。