近空間飛行器非線性飛控系統(tǒng)魯棒自適應(yīng)控制.pdf

1、近空間飛行器(Near Space Vehicle,NSV)集傳統(tǒng)航空器與航天器的優(yōu)點(diǎn)于一身,在軍事和民用方面具備重大的戰(zhàn)略價(jià)值,已成為各軍事強(qiáng)國(guó)關(guān)注和研究的焦點(diǎn)。NSV飛行環(huán)境的特殊性使其具有復(fù)雜非線性、快時(shí)變、強(qiáng)耦合的對(duì)象特征,并且在飛行過(guò)程中呈現(xiàn)多飛行狀態(tài)、多任務(wù)模式的特點(diǎn),這使得NSV飛行控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)更加復(fù)雜。圍繞這一基礎(chǔ)科學(xué)問(wèn)題,本文基于6自由度十二狀態(tài)近空間飛行器數(shù)學(xué)模型,在不確定環(huán)境下飛行姿態(tài)、協(xié)調(diào)轉(zhuǎn)彎和縱向飛行等方面開(kāi)

2、展了深入的研究,主要研究成果有:
　　首先,根據(jù)國(guó)外公開(kāi)發(fā)表的文獻(xiàn)資料、相關(guān)研究報(bào)告與實(shí)驗(yàn)室前期研究成果,建立6DOF十二狀態(tài)NSV運(yùn)動(dòng)方程。為解決多變量、強(qiáng)耦合和復(fù)雜非線性的NSV姿態(tài)控制,研究了基于backstepping方法的一類多輸入多輸出非線性系統(tǒng)控制器設(shè)計(jì)方法,并以此設(shè)計(jì)了NSV姿態(tài)角控制器和角速度控制器,仿真結(jié)果說(shuō)明所提方法有效性。
　　其次,圍繞具有不確定和外部干擾的NSV姿態(tài)運(yùn)動(dòng)方程,提出了基于干擾估計(jì)的b

3、ackstepping的控制方法。為補(bǔ)償系統(tǒng)中的未知干擾,給出兩種在線估計(jì)算法—自適應(yīng)干擾估計(jì)算法和二階滑模干擾觀測(cè)器,并通過(guò)理論推導(dǎo)和仿真分析驗(yàn)證了所提出的控制策略能夠有效地提高受擾NSV姿態(tài)控制系統(tǒng)的抗干擾能力。
　　隨后,圍繞具有全包線飛行特點(diǎn)的變后掠翼NSV,采用切換仿射非線性系統(tǒng)來(lái)描述其不同階段姿態(tài)模型。當(dāng)切換系統(tǒng)精確已知時(shí),依據(jù)backstepping方法,研究一類切換非線性系統(tǒng)光滑控制器設(shè)計(jì)新方法,以保證模型切換瞬間

4、控制量的光滑性。當(dāng)切換系統(tǒng)存在未知干擾時(shí),為準(zhǔn)確地估計(jì)各模態(tài)的未知干擾,設(shè)計(jì)一組徑向基神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)干擾觀測(cè)器,并采用魯棒項(xiàng)使得干擾估計(jì)值以任意小的誤差逼近干擾真值。在此基礎(chǔ)上,給出不確定切換非線性系統(tǒng)的控制器結(jié)構(gòu),并采用多Lyapunov函數(shù)推導(dǎo)閉環(huán)切換非線性系統(tǒng)穩(wěn)定條件。以此設(shè)計(jì)后掠翼不確定時(shí)NSV的姿態(tài)角控制器和角速度控制器,仿真結(jié)果說(shuō)明所提方法對(duì)不確定和外部干擾表現(xiàn)出良好的魯棒性。
　　然后,圍繞NSV縱向姿態(tài)/軌跡飛行協(xié)調(diào)控制

5、問(wèn)題,提出基于快速收斂非線性微分器干擾補(bǔ)償?shù)目v向姿態(tài)/軌跡飛行協(xié)調(diào)控制方案。根據(jù)NSV縱向飛行特點(diǎn),給出了NSV縱向姿態(tài)/軌跡協(xié)調(diào)控制模型。針對(duì)其中的非仿射非線性航跡模型,提出一種在線的非仿射非線性系統(tǒng)近似方法。為估計(jì)NSV縱向運(yùn)動(dòng)中的未知復(fù)合干擾,給出一種快速收斂的非線性微分器設(shè)計(jì)方法,并通過(guò)理論推導(dǎo)證明其微分估計(jì)誤差可以收斂于任意小的有界集內(nèi)。在此基礎(chǔ)上,依據(jù)受限指令濾波backstepping方法和動(dòng)態(tài)逆方法,設(shè)計(jì)受擾NSV姿態(tài)/

6、軌跡魯棒協(xié)調(diào)控制器,并通過(guò)理論推導(dǎo)和仿真分析說(shuō)明所提出的控制策略能夠?qū)崿F(xiàn)姿態(tài)與軌跡之間的協(xié)調(diào)運(yùn)動(dòng)。
　　最后,圍繞NSV協(xié)調(diào)轉(zhuǎn)彎控制問(wèn)題,提出基于二階滑模干擾觀測(cè)器干擾補(bǔ)償?shù)腘SV協(xié)調(diào)轉(zhuǎn)彎魯棒控制策略。根據(jù)NSV轉(zhuǎn)彎飛行特點(diǎn),建立航跡與姿態(tài)角和角速度之間相互影響的NSV協(xié)調(diào)轉(zhuǎn)彎控制模型。將動(dòng)態(tài)逆方法、帶有調(diào)節(jié)因子的滑?？刂品椒ê投A滑模干擾觀測(cè)器相結(jié)合,給出重心軌跡協(xié)調(diào)轉(zhuǎn)彎魯棒控制器設(shè)計(jì)過(guò)程,其中利用帶有調(diào)節(jié)因子的滑?？刂品椒ㄒ愿?/p>