董 哲，刘 凯，李旦伟，章吉力

(1. 大连理工大学航空航天学院，大连 116024；2. 沈阳飞机设计研究所，沈阳 110035)

0 引 言

本文的研究对象空天飞行器(Aerospace vehicle, ASV)，是指能够在稠密大气层、临近空间和近地轨道上自由往返、水平起飞并可重复使用的新一代运载器[1-3]。空天飞行器再入飞行阶段具有飞行包线大、动力学特性变化剧烈、横侧向气动耦合显著以及异类执行机构复合任务复杂等特点，给再入姿态控制问题带来了挑战[4-6]。

再入控制方面，传统增益调度控制(Gain scheduling, GS)方法是目前应用最广泛的飞行控制律，在飞行包线内选取若干工作点的线性模型，利用线性系统理论设计控制器[7-9]。非线性动态逆控制(Nonlinear dynamic inversion, NDI)方法使得非线性和线性兼容而无需复杂的增益调度，文献[10]将NDI和PID控制结合，使带有参数摄动的闭环系统具有良好的鲁棒性能。当研究对象的数学模型不够精确时，文献[11]设计了自适应模糊滑模控制器，通过模糊逼近法则对控制器进行了补偿；文献[12]针对X-43飞行器设计了基于Terminal滑模方法的姿态控制器，明显减小高频噪声的同时提升了系统鲁棒性。此外，模型预测控制(Model predictive control, MPC)方法也得到了愈发广泛的应用，该方法在一组未来输入上优化指定的性能指标，以最小化未来输出偏离指定轨迹的误差[13]。文献[14]将其推广到了非线性高性能航空航天系统中，获得了良好的动态轨迹跟踪能力。文献[15]将NDI与约束线性MPC相结合，实现了最优控制并通过状态约束在控制律设计中反映了性能要求。

指标分配方面，空天飞行器再入过程包含大气稀薄、动压小的阶段，需设计一定的分配方法实现RCS和气动舵面的复合控制。……