高超聲速無人機的非仿射模糊滑模控制研究.pdf

1、高超聲速無人機的出現(xiàn)，是武器裝備實現(xiàn)跨越式發(fā)展的重要標(biāo)志。由于其自身復(fù)雜的動態(tài)特性極大的影響著飛行器的飛行狀態(tài)，也給高超聲速無人機的控制問題帶來了極大的挑戰(zhàn)和要求。圍繞這一問題，本文在高超聲速無人機建模與分析、非仿射系統(tǒng)控制、滑模模糊控制三個方面開展了相關(guān)研究。
　　首先，本文在充分借鑒國內(nèi)外公開發(fā)表的文獻資料基礎(chǔ)上，給出高超聲速無人機縱向非仿射數(shù)學(xué)模型。與以往文獻不同，該模型中的氣動力系數(shù)和力矩系數(shù)與氣動舵面偏角呈非線性關(guān)系，因

2、此所建立的數(shù)學(xué)模型中狀態(tài)方程隱含控制輸入，具有非仿射非線性特性。仿真分析表明，其開環(huán)特性符合已有的分析結(jié)果，因此該模型具有一定的代表性，為后續(xù)工作的展開作了良好的鋪墊。
　　其次，作為研究基礎(chǔ)，先針對簡化的高超聲速無人機的縱向模型開展非仿射控制研究，使該模型符合一類單輸入單輸出非仿射非線性系統(tǒng)的表達式。針對該系統(tǒng)，設(shè)計了一種基于線性滑模面的模糊自適應(yīng)控制，使得系統(tǒng)輸出能夠跟蹤期望輸出信號。在控制器的設(shè)計中，采用模糊邏輯系統(tǒng)逼近控制

3、器設(shè)計中的未知函數(shù)，為避免參數(shù)漂移，模糊參數(shù)自適應(yīng)律中引入?修正律。該方案只要求不確定項有界，但不需要其確界。同時，引入魯棒控制項來補償逼近誤差和外界干擾。最后，通過構(gòu)造合理的Lyapunov函數(shù)，可以證明整個控制閉環(huán)系統(tǒng)的穩(wěn)定性。通過對簡化的高超聲速無人機的縱向模型進行控制仿真，驗證了該方法的有效性。
　　接著，將未簡化的高超聲速無人機縱向模型視作典型的輸入輸出等量的多輸入多輸出非仿射的系統(tǒng)，并對其進行了控制系統(tǒng)設(shè)計。在設(shè)計的過

4、程中，為了兼顧更好的動態(tài)性能和穩(wěn)態(tài)性能，用一種新型非線性積分滑模面取代了線性滑模面，并結(jié)合模糊邏輯系統(tǒng)，設(shè)計了非線性積分滑模模糊自適應(yīng)控制器。另外，在控制器設(shè)計中為避免參數(shù)爆炸問題，只考慮對未知參數(shù)范數(shù)的估計值進行在線調(diào)整，有效加快了響應(yīng)時間?；贚yapunov理論證明可得整個閉環(huán)系統(tǒng)所有信號一致最終有界，跟蹤誤差收斂到零。高超聲速無人機的仿真驗證表明了控制器的有效性和魯棒性。
　　最后，由于高超聲速無人機的快時變性，希望控制器