高超聲速飛行器的建模與控制.pdf

1、高超聲速飛行器具有重要的戰(zhàn)略意義和極高的應(yīng)用價(jià)值，強(qiáng)耦合，不確定性，參數(shù)變化和獨(dú)特的氣動(dòng)特性使得高超聲速飛行器的建模和控制器設(shè)計(jì)面臨嚴(yán)峻的挑戰(zhàn)。本文在高超聲速飛行器的建模，平衡狀態(tài)研究和非線性控制器設(shè)計(jì)三個(gè)方面開展了較深入地研究，主要研究成果如下：
　　 ⑴建立了通用高超聲速飛行器(GHV)六自由度的Simulink模型。模型主要包括氣動(dòng)模塊，推進(jìn)模塊，慣性模塊，加速度模塊，大氣模塊，運(yùn)動(dòng)方程模塊，地球模塊。建模時(shí)充分考慮了質(zhì)量

2、時(shí)變特性和環(huán)境參數(shù)變化，并且引進(jìn)了風(fēng)和紊流模塊。建立了基于美國(guó)航空宇航局?jǐn)?shù)據(jù)的仿真模型，為以后的研究工作提供一個(gè)仿真平臺(tái)。并且，進(jìn)一步討論了GHV的開環(huán)特性。
　　 ⑵針對(duì)含有不穩(wěn)定模態(tài)的GHV平衡狀態(tài)的求解問(wèn)題，提出了GA-SQP混合優(yōu)化求解方法。該方法基于遺傳算法，根據(jù)誤差積分的性能指標(biāo)準(zhǔn)則，采用混沌搜索和淘汰機(jī)制，將配平問(wèn)題轉(zhuǎn)化為代價(jià)函數(shù)最小值的求解問(wèn)題。并且，局部搜索引入序列二次規(guī)劃策略，分步求解出升降舵偏角，油門設(shè)置與

3、迎角初始值。建立了基于Simulink的動(dòng)態(tài)模型，仿真結(jié)果表明，該算法能夠精確地收斂到平衡點(diǎn)，并具有較好的穩(wěn)定性，而且與初始值無(wú)關(guān)。該算法為一類復(fù)雜非線性系統(tǒng)平衡狀態(tài)的求解問(wèn)題提供了一種實(shí)用有效的解決方法。
　　 ⑶基于非線性動(dòng)態(tài)逆策略，運(yùn)用輸入輸出線性化技術(shù)，設(shè)計(jì)了GHV的自適應(yīng)滑模魯棒控制器。通過(guò)自適應(yīng)調(diào)整增益，有效地降低了抖振，提高了系統(tǒng)的魯棒性能。在一定條件下，系統(tǒng)可在李亞普諾夫意義下實(shí)現(xiàn)穩(wěn)定，仿真結(jié)果證明了此方法的有效

4、性。
　　 ⑷提出了GHV的自適應(yīng)反步滑?？刂撇呗浴；诜床椒椒?，采用RBF的神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)去逼近未知非線性特性的GHV系統(tǒng)，控制器和自適應(yīng)律在李亞普諾夫意義下得到，所以可以保證系統(tǒng)的穩(wěn)定性。進(jìn)一步的，研究了帶有命令濾波器方法的自適應(yīng)滑模控制，不但有效地保證了參數(shù)估計(jì)的穩(wěn)定性，而且有效地減少了虛擬控制導(dǎo)數(shù)的計(jì)算。在高超聲速條件下，縱向運(yùn)動(dòng)的仿真結(jié)果證明了所設(shè)計(jì)控制器的有效性，
　　 ⑸針對(duì)GHV的制導(dǎo)系統(tǒng)，基于保性能控制理論設(shè)