题目：无动力飞行器进场着陆轨迹规划与跟踪控制

飞行器无动力着陆技术广泛应用于航天飞机、重复使用运载器、常规飞行器发动机空中停车、滑翔炸弹等飞行器，研究无动力着陆技术对于实现水平着陆、减小空中停车后的事故风险具有重要意义。如何在飞行器失去动力后为其规划可飞的进场着陆轨迹，以及设计对应的跟踪控制器成为实现无动力水平着陆的关键所在。本文针对无动力飞行器进场着陆轨迹规划与跟踪控制关键技术进行研究。

首先建立无动力飞行器的质点动力学模型，在此基础上应用基于轨迹延拓算法和参数迭代的几何参数法进行着陆轨迹设计；针对不同着陆条件的轨迹设计结果，讨论分析得到几何参数法应用于常规飞行器无动力着陆时，虽然其计算速度较快，但对应滑翔距离不可调整和参数变化剧烈的缺点。

为克服几何参数法的缺点，研究了基于最优控制的最优化轨迹设计方法：以质点动力学方程为动态约束，考虑过载、动压等不等式约束条件，以初始状态和着陆条件为边界条件，建立最优控制模型；采用hp自适应伪谱法对建立的最优控制问题进行求解。通过选取轨迹光滑性为优化指标，得到较光滑的着陆轨迹；通过选取滑翔距离为优化指标得到最远滑翔和最近滑翔着陆轨迹，并构成下滑通道。

以所设计着陆轨迹为参考轨迹，本文分别采用PID和轨迹线性化方法完成了轨迹跟踪控制系统的设计。依据飞行器在空中飞行和地面滑跑时所受力和力矩，建立六自由度非线性模型；对其小扰动线性化处理后，采用PID控制器设计方法，由内环到外环设计其控制器，并通过全过程仿真验证控制器的有效性。针对PID方法抗干扰能力和解耦能力较弱的特点，完成了基于轨迹线性化方法的内环姿态控制器设计，改善了姿态回路的响应特性；同时为进一步提高姿态回路的控制性能，引入二阶跟踪微分器（TD）代替常用的一阶惯性环节及二阶伪微分环节，在保证跟踪性能的同时，减小了舵面偏角，防止了舵面饱和现象的发生。

最后，通过不同滑翔距离所对应的着陆轨迹、多种风干扰、气动参数摄动等条件下的仿真验证了文中无动力着陆轨迹规划方法和跟踪控制方法的有效性。