题目：高超声速飞行器大攻角条件下耦合控制技术研究

本文在863课题的支持下对高超声速飞行器大攻角条件下耦合利用控制技术进行深入的研究。

文中重点分析了大攻角条件下高超声速飞行器的耦合多变量气动特性，研究了耦合条件下的三通道姿态运动的耦合模态与耦合稳定性，并且提出了可行的耦合控制策略，以及设计了耦合控制器，通过解耦与耦合利用的方法，来解决再入控制中对飞行器进行增稳和机动控制的问题。

为了验证高超声速飞行器气动数据以及设计的控制系统性能，本文首先建立了再入飞行器完整的非线性六自由度运动学方程和动力学方程；根据风洞实验数据，建立了气动参数数据库；根据飞行器再入过程的飞行环境建立了环境模型。结合气动数据和小扰动全量状态方程，对高超声速飞行器的耦合多变量特性进行了分析，具体分析了三通道的运动耦合以及操纵耦合特性，给出了定性的耦合特性参照表，为后面的控制系统设计奠定基础。

针对高超声速飞行器耦合多变量的特点，研究了在大攻角条件下高超声速飞行器的耦合稳定性分析新方法，该方法在传统静稳定系数的基础上建立了控制条件下的静稳定系数，并给出了通过控制获得动稳定性的设计条件，为后面耦合控制策略的制定以及耦合控制器参数的设计提供了指导。

本文深入研究了耦合条件下的耦合控制策略。包括纵向与横侧向之间的解耦控制策略，横侧向之间的耦合利用控制策略，纵向与横侧向之间耦合利用策略。对于横侧向的耦合利用控制策略又分别进行了耦合利用增稳控制以及耦合利用机动控制策略的研究，最终进行了耦合控制方案的综合，设计了一种基于飞行任务，可以实施在线切换的模糊控制方案。

对于飞行器控制系统的设计，利用现代控制理论的方法，采用非线性动态逆与非线性预测控制相结合的方式设计了姿态控制器；结合设计的综合控制策略进行了六自由度仿真验证，仿真得到了满意的控制效果；搭建了基于Simulink和Flight gear的综合仿真平台进行了三维仿真。