RLV再入抗扰动非线性最优控制器设计

"RLV抗扰动非线性最优控制器设计是针对可重复使用运载器（RLV）再入阶段面临的严重扰动问题而提出的一种控制策略。该控制器设计结合了时标分离原理、角速率动态线性化以及依赖状态的黎卡提方程（SDRE）优化方法，同时利用非线性扰动观测器来估计和补偿外部干扰，以实现RLV的姿态跟踪控制和最优控制性能。" RLV在再入过程中，由于大气阻力、热流、重力摄动等因素，会遭受各种扰动影响，这使得姿态控制变得极其复杂。针对这一挑战，设计了一种抗扰动非线性最优控制器（ADNOC）。首先，设计中运用了时标分离原理，将控制系统划分为快速响应和慢速响应两个回路，这种分离方法有助于简化控制系统的设计，并增强系统对不同时间尺度扰动的适应能力。 接着，为了解决非线性问题，RLV的角速率动态被转换为线性形式。这是通过数学变换将原本复杂的非线性动态转化为线性系统，以便于进行后续的优化处理。在这里，依赖状态的黎卡提方程（SDRE）被用来求解最优控制指令。SDRE是一种有效的工具，可以在线性化后的系统上求解出全局最优的控制输入，从而确保RLV的姿态控制效果最优。 为了进一步提高控制器的抗扰动能力，设计了非线性扰动观测器。这个观测器可以实时估计并预测来自外部的未建模干扰，然后在非线性最优控制律中引入这些估计值，进行扰动补偿。这样，即使在受到不确定扰动的情况下，控制器也能调整控制信号，抵消扰动的影响，保持RLV的姿态稳定。 仿真实验结果证明了所设计的ADNOC能够有效地实现RLV的姿态跟踪控制，显著抑制了扰动对控制效果的负面影响，从而展示了RLV的最优控制性能。该研究对于RLV的再入控制技术具有重要的理论和实践意义，为RLV的高精度、高可靠性飞行提供了强有力的支持。 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；依赖状态的黎卡提方程 该论文属于研究论文类别，主要探讨了RLV再入控制中的抗扰动策略，特别关注了非线性最优控制理论的应用，对于航天工程领域的控制技术有深远的影响。