● 摘要
本文研究了四级运载器的弹道优化和非线性控制技术。论文分为三部分：第一部分对刚性运载器进行建模并给出了所有的参数及其偏差。在旋转椭球地球和非线性飞行器空气动力情况下建立了气流坐标系下的完整的六自由度运动方程。使用SIMULINK进行了从发射到入轨阶段的弹道仿真。第二部分在满足约束条件的情况下设计运载器飞行程序以达到300km的轨道参数。飞行程序设计中考虑了旋转椭球地球情况下的三自由度弹道模型；分析中使用了发射面内的对称运动。使用计算效率高、收敛速度快的遗传算法优化攻角曲线。第三部分设计了三种不同的控制方法跟踪最优飞行程序。首先使用了经典的线性PID控制器，提出了基于遗传算法的控制器增益调度方法。基于控制系统品质，给出了用于评估PID增益的目标方程。由于非线性和不确定性的存在，提出了一种基于最小化非线性控制仿真所得累积绝对误差的非线性PID增益设计方法。仿真结果表明该控制系统效果好、鲁棒性强。其次设计了一种模糊控制系统，使用遗传算法优化成员函数的值，根据任务确定了25种控制法则。仿真结果表明该方法是高效、鲁棒的，且对于非线性飞行器动力学控制问题具有重要的潜力。最后使用了鲁棒性好、直观的滑动模态控制， 该方法适用于具有很大模型误差的高度非线性系统。使用遗传算法选择最优的滑模控制增益。仿真结果表明在非线性和扰动情况下，该方法具有很好的鲁棒性和稳定性。