临近空间巨型柔性浮空器复合操纵系统建模和机理分析

针对临近空间浮空器大尺寸、大惯量和混合异类操纵特点，本项目将进行临近空间浮空器复合操纵系统模型和操纵机理研究：通过牛顿-欧拉方法建立四类执行机构的操纵动力学模型，分析单个执行机构的操纵特性和能量需求；通过多种执行机构耦合作用巨型柔性体响应特性研究，分析复合操纵飞行机理；采用参数规划和智能优化相结合方法设计复合操纵控制分配方案。通过计算机仿真和低空飞行试验相结合方法，对所研究理论和方法进行验证，最终给出临近空间浮空器的定点驻空、巡航、上升和下降等过程的最优复合操纵控制方案。研究成果将为临近空间浮空器系统的研制和飞行控制系统设计提供理论依据和技术参考。

项目完成如下研究目标:针对临近空间浮空器大尺寸、大惯量和混合异类操纵特点，进行临近空间浮空器复合操纵机理研究。建立四类执行机构的操纵动力学模型，分析复合操纵飞行机理,设计控制分配方案，通过计算机仿真和低空飞行试验相结合方法，对所研究理论和方法进行验证，给出临近空间浮空器的定点驻空、巡航、上升和下降等过程的最优复合操纵控制方案。项目主要研究成果如下：.1)完成临近空间浮空器进行模型分析和机理研究：.a)给出执行机构的操纵动力学模型，包括操纵特性和能量模型，给出临近空间浮空器复合操纵机理；.b)给出复合操纵控制分配方案，设计出临近空间浮空器的定点驻空、巡航、上升和下降过程的最优复合操纵方案。.2)完成临近空间浮空器的若干关键问题的控制方法研究：.a)针对临近空间浮空器小推重比特点，采用了复合优化控制分配和分阶段抗风制导策略进行控制系统设计，实现平流层飞艇协调转弯控制、升降过程中水平位置控制；.b)针对临近空间浮空器的混合异类执行机构配置，提出增量变权伪逆控制分配方法，在执行机构饱和约束范围内，实现了临近空间浮空器的空间全方位运动；.c)针对临近空间浮空器的各类故障类型，提出加权伪逆分层递进重构控制系统设计方法，实现各种故障下主动容错飞行，增强控制系统的可靠性。.3)研究成果在多类浮空器上进行了仿真和飞行验证：.a)实现了低空演示验证平流层飞艇的抗风制导飞行；.b)实现了多舵面和矢量推力混合中空艇的地面模拟飞行；.c)实现了多螺旋桨组合浮空器的全方位飞行。.以上研究成果以第一和通讯作者发表论文22篇，其中SCI检索8篇，EI检索9篇；申请发明专利3项；编写教材一部《大气动力/静力飞行器飞行原理》；指导博士毕业生2名,硕士毕业生6名。