彈性高超聲速飛行器跟蹤問題控制方法研究.pdf

1、由于顯著的軍事價(jià)值和民用價(jià)值,高超聲速飛行器已成為世界各強(qiáng)國廣泛關(guān)注和研究的焦點(diǎn),是目前臨近空間飛行技術(shù)的主要研究方向。高超聲速飛行器快時(shí)變、強(qiáng)非線性、強(qiáng)耦合、不確定、彈性影響等特點(diǎn),使得飛行控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)成為一項(xiàng)極具挑戰(zhàn)性的研究課題。圍繞這一課題,以實(shí)現(xiàn)高超聲速飛行器的穩(wěn)定跟蹤為目的,依次從高超聲速飛行器的非線性特性、參數(shù)不確定、外部干擾、輸入受限、執(zhí)行器故障等方面逐步深入,系統(tǒng)地研究高階滑?？刂品椒坝邢迺r(shí)間穩(wěn)定理論在跟蹤控制問題中

2、的應(yīng)用。
　　首先,基于牛頓運(yùn)動(dòng)定律及歐拉運(yùn)動(dòng)定律,建立剛體模型,并將機(jī)身看作均勻的兩端自由梁結(jié)構(gòu),推導(dǎo)建立飛行器的彈性振動(dòng)方程,分析了剛體與彈性之間的耦合影響。進(jìn)一步考慮高超聲速飛行器模型中的彈性影響、強(qiáng)非線性、強(qiáng)耦合特性,將彈性影響視為不確定,對(duì)高超聲速非線性模型進(jìn)行處理,基于非線性動(dòng)態(tài)逆方法,獲得面向控制模型?？紤]模型參數(shù)不確定對(duì)控制性能的影響,當(dāng)飛行系統(tǒng)不確定上界已知,基于齊次性理論設(shè)計(jì)擬連續(xù)高階滑?？刂破鞯脑O(shè)計(jì),確保有限

3、時(shí)間內(nèi)實(shí)現(xiàn)對(duì)參考指令的穩(wěn)定跟蹤,仿真驗(yàn)證了控制方法的魯棒性。
　　其次,考慮彈性高超聲速飛行器的不確定上界未知,基于幾何齊次性理論和積分滑?？刂评碚?提出了一種新型自適應(yīng)高階滑模控制器的設(shè)計(jì)方法,控制器由兩部分組成,一部分為連續(xù)的標(biāo)稱控制器,基于幾何齊次性設(shè)計(jì),能夠保證系統(tǒng)有限時(shí)間收斂;另一部分為不連續(xù)的滑?？刂破?處理不確定。同時(shí),通過滑模面變量構(gòu)造自適應(yīng)律,對(duì)不確定邊界進(jìn)行在線估計(jì),達(dá)到自適應(yīng)高階滑?？刂破髟O(shè)計(jì)目的,解決了實(shí)時(shí)

4、在線估計(jì)不確定上界的問題。利用Lyapunov穩(wěn)定性理論,證明所設(shè)計(jì)的高階滑?？刂破髂軌蛟谟邢迺r(shí)間內(nèi)收斂到系統(tǒng)平衡點(diǎn),實(shí)現(xiàn)了對(duì)參考指令的有限時(shí)間穩(wěn)定跟蹤,仿真結(jié)果驗(yàn)證控制方法的魯棒性。
　　再次,針對(duì)彈性高超聲速飛行器存在參數(shù)不確定、外部干擾以及控制輸入受限的魯棒控制問題,考慮控制器-干擾觀測器的綜合設(shè)計(jì),利用高階滑模干擾觀測器技術(shù)對(duì)綜合干擾進(jìn)行估計(jì),實(shí)現(xiàn)對(duì)控制器的補(bǔ)償及干擾的抑制?；贚yapunov理論詳細(xì)分析了閉環(huán)系統(tǒng)的有限

5、時(shí)間穩(wěn)定性,仿真結(jié)果驗(yàn)證了控制器-干擾觀測器綜合設(shè)計(jì)的魯棒性,與自適應(yīng)滑模方法相比,控制器-干擾觀測器綜合設(shè)計(jì)的控制策略能有效地處理系統(tǒng)參數(shù)不確定、外部干擾及控制輸入受限。
　　最后,針對(duì)彈性高超聲速飛行器中結(jié)構(gòu)已知的執(zhí)行器控制效益損失,提出了一種自適應(yīng)滑模容錯(cuò)控制方法。采用已知的控制效益損失故障,建立飛行器的故障不確定模型。構(gòu)造自適應(yīng)滑模容錯(cuò)控制律,利用積分滑模面的動(dòng)態(tài)變化檢測故障的發(fā)生,并激發(fā)自適應(yīng)律實(shí)現(xiàn)控制增益的自動(dòng)調(diào)整,及