题目：升力再入飞行器姿态控制与评估研究

升力再入飞行器是一种兼有航天器与航空器的特点、战略价值极高的高超声速飞行器，它融合了人类诸多航空航天的前沿技术，是未来飞行器的一个重要发展方向。升力再入飞行器再入过程中，各通道间的惯性耦合、运动耦合、稳定耦合、操纵耦合等耦合现象会使飞行器的动力学特性更加复杂，并给姿态控制带来一定难度。相比航天飞机、RLV等再入飞行器具有冗余气动操纵面，以HTV-2为代表的一类升力再入飞行器的气动舵面仅为一对体襟翼。这对体襟翼使飞行器在跟踪攻角和倾侧角指令的同时，镇定侧滑角在零度左右以减小气动加热。使用两片体襟翼完成对三通道的控制，即控制量的个数小于运动自由度，因此该飞行器为一典型的欠驱动系统。当该飞行器出现副翼反效现象时系统为一非最小相位系统，此时内动态的不稳定成为此欠驱动系统控制律设计时首先要解决的问题。本文针对类HTV-2升力再入飞行器再入过程中的强耦合、欠驱动问题，分析其耦合机理与规避方法，揭示系统非最小相位特性产生的原因，并提出此类飞行器在削弱耦合现象带来不利影响的同时完成欠驱动系统姿态控制的耦合控制策略。

论文的主要研究成果表现在以下几个方面：

1.分析了类HTV-2升力再入飞行器的耦合产生机理，得到了为规避惯性耦合的此飞行器的急滚稳定边界；推导了适用于此类飞行器的荷兰滚稳定性预测判据；提出了为实现高精度姿态控制的横侧向指令分配策略。基于对此类飞行器操稳特性和耦合机理的认识，设计了升力再入飞行器大攻角低动压下机身襟翼-RCS协调控制策略与高动压下两片体襟翼单独作用的纵向-横侧向协调控制策略。使用该控制策略在低动压时能避免副翼反效的不确定性给控制器设计增加的复杂度，高动压时能在不增加执行机构数量的情况下完成欠驱动系统的控制。

2.通过系统内动态方程推导出此类飞行器非最小相位系统判据，证明了飞行器副翼反效是导致此类外形飞行器非最小相位特性的原因。针对类HTV-2升力再入飞行器仅使用两体襟翼控制三通道这一欠驱动问题以及可能产生的不稳定内动态，设计了基于输出重定义的动态逆控制器，通过配置重定义系统的零动态极点来稳定内动态。对控制器结构的分析发现，该控制器能在完成欠驱动系统的高精度姿态控制与稳定内动态的同时，一定程度的抑制耦合现象的不利影响。通过六自由度仿真证明了控制器的有效性。

3.针对类HTV-2升力再入飞行器再入过程中的参数不确定性，使用结构奇异值分析方法对耦合控制策略作用下的闭环系统的鲁棒性与鲁棒性能进行了评估，并得到了一定参数扰动水平下最差性能时的参数组合及其作用下的时域仿真结果。考虑到该方法仅适用于线性系统，对于输出重定义动态逆控制器作用下的闭环系统，使用蒙特卡洛敏感参数辨识方法对其进行了重要气动不确定参数辨识，得到了该控制器作用下对闭环系统跟踪性能最敏感的参数组合。