基于Backstepping的高超聲速飛行器控制算法研究.pdf

1、隨著時(shí)代的發(fā)展和科技的進(jìn)步，航空航天技術(shù)在戰(zhàn)爭(zhēng)中發(fā)揮的作用越來(lái)越顯著，因此高超聲速飛行器是未來(lái)空天技術(shù)發(fā)展的熱點(diǎn)和重點(diǎn)問(wèn)題之一。由于高超聲速飛行系統(tǒng)的非線性，強(qiáng)耦合和快時(shí)變等特點(diǎn)，控制算法的好壞將直接影響其飛行控制性能。本文研究了高超聲速飛行器飛行控制問(wèn)題，重點(diǎn)研究了縱向模型控制問(wèn)題和六自由度模型姿態(tài)控制問(wèn)題，目的是設(shè)計(jì)相應(yīng)的控制算法，確保系統(tǒng)穩(wěn)定飛行。主要研究?jī)?nèi)容如下：
　?。?）建立高超聲速飛行器六自由度剛體運(yùn)動(dòng)學(xué)模型。建模過(guò)

2、程中結(jié)合本文所研究飛行器的飛行控制特點(diǎn)，使建立的模型體現(xiàn)出高超聲速飛行器非線性、強(qiáng)耦合和快時(shí)變等特點(diǎn)，并對(duì)相關(guān)氣動(dòng)系數(shù)與攻角和馬赫數(shù)的函數(shù)關(guān)系進(jìn)行了分析，為后續(xù)控制算法的設(shè)計(jì)提供了平臺(tái)。
　?。?）設(shè)計(jì)了縱向模型Backstepping控制算法。首先基于所建立的六自由度模型，對(duì)相應(yīng)的影響因素進(jìn)行簡(jiǎn)化或處理，建立了既不失一般性又簡(jiǎn)化的高超聲速飛行器縱向運(yùn)動(dòng)模型。將縱向模型分解為速度子系統(tǒng)和高度子系統(tǒng)，然后將兩個(gè)子系統(tǒng)轉(zhuǎn)換為嚴(yán)格反饋形

3、式，在此基礎(chǔ)上分別設(shè)計(jì) Backstepping控制器。仿真證明了所設(shè)計(jì)的控制算法具有良好的跟蹤性能。
　?。?）設(shè)計(jì)了六自由度模型Backstepping控制算法。首先對(duì)系統(tǒng)進(jìn)行了開(kāi)環(huán)特性分析，仿真表明在沒(méi)有控制輸入的情況下，系統(tǒng)的狀態(tài)會(huì)很快發(fā)散，系統(tǒng)很不穩(wěn)定。針對(duì)系統(tǒng)復(fù)雜非線性，強(qiáng)耦合特點(diǎn)，建立了非線性仿射模型，將得到的簡(jiǎn)化模型做為控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)對(duì)象，在此基礎(chǔ)設(shè)計(jì)了相應(yīng)的Backstepping控制算法，仿真結(jié)果證明了所設(shè)計(jì)的