基于自适应反馈线性化的探空火箭俯仰平面轨迹跟踪控制

本文提出了一种基于自适应反馈线性化的亚轨道运载火箭俯仰平面轨迹跟踪控制方案。首先，针对控制设计，建立了单发动机推力矢量控制探空火箭的二维动力学和运动学模型。然后，采用了一种同时处理姿态和位置控制的内外环控制策略，内环包括高度和俯仰控制，外环处理水平（下射程）位置控制。使用反馈线性化来消除内环和外环动力学中的非线性。利用李雅普诺夫稳定性理论，通过自适应反步法联合设计了输出跟踪控制器和提供内环气动不确定性在线估计的自适应律，确保了在反馈线性化定义良好的区域内全局参考跟踪。然后利用内环稳定系统的零动力学获得外环动力学，并推导出具有积分作用的线性二次型调节器(LQR)，该调节器可以稳定外环动力学并抑制外部扰动。在最外环，通过使用内环估计和已知的气动关系间接获得相应气动不确定性的估计。所得到的内外环位置控制方案在感兴趣区域内被证明是渐近稳定的。以液体发动机推进的单级探空火箭作为参考飞行器，在仿真环境中测试了不同的任务场景，以验证所提出控制策略的自适应性。该系统能够跟踪要求的轨迹，同时抑制外部风扰动。此外，在不同任务场景之间重新调整控制增益的需求很小甚至没有。