高超聲速飛行器的魯棒跟蹤控制器設計.pdf

1、高超聲速飛行器具有很高的突防成功率以及偵查效能，能大大擴展戰(zhàn)場空間，有巨大的軍事價值和潛在的經濟價值，已成為各國航天領域的研究熱點。高超聲速飛行器采用一體化設計方法，和普通飛行器相比，存在機體和發(fā)動機間的耦合，而且飛行環(huán)境更為復雜，時變不確定參數對模型的穩(wěn)定性影響更大，諸多因素給高超聲速飛行器的控制器設計帶來了巨大的挑戰(zhàn)。
　　本文將由美國NASA蘭利研究中心公布的通用高超聲速飛行器縱向運動模型作為研究對象，從飛行器線性以及非線性

2、模型的不確定性問題出發(fā)，進行相關控制方法的研究，主要包括以下內容:
　　首先，對高超聲速飛行器的全狀態(tài)微分方程進行分析，介紹飛行器的基本結構參數以及高超聲速飛行器的各個子模型，并基于一些合理假設對其進行解耦，建立常用坐標系下的高超聲速飛行器縱向運動模型，更加深入地了解了高超聲速飛行器的氣動特性和飛行特點。
　　其次，提出一些合理假設條件將高超聲速飛行器的縱向運動模型進行線性化處理，考慮飛行過程中的時變不確定性，得到含有時變參

3、數的線性系統(tǒng)。該時變不確定性參數未知，但已知其變化的上下界，這更符合實際飛行系統(tǒng)的需求。針對已得到的模型，提出一種新穎的魯棒變增益跟蹤控制方法。該方法可以解決傳統(tǒng)固定增益魯棒控制器難以處理時變大攝動的難題，進而提高飛行器的魯棒性和抗干擾能力。跟蹤控制器設計條件在魯棒優(yōu)化技術框架中給出，同時控制器增益按照所設計的切換律而變化。本文所提出的設計方法在保證高超聲速飛行器魯棒穩(wěn)定性的同時，也實現了飛行器對指令信號的跟蹤。
　　再次，考慮高

4、超聲速飛行器的實際飛行狀態(tài)，依據高超聲速飛行器縱向模型的特點，將速度跟蹤控制器與高度跟蹤控制器分開設計;設計高度控制器時，先將菲線性模型化為嚴格反饋形式，然后利用RBF神經網絡逼近模型的未知部分，并考慮參數攝動、未建模動態(tài)、外部擾動等不確定性因素的存在，利用動態(tài)面的方法設計高度跟蹤控制器;速度控制器采用傳統(tǒng)非線性控制方法，可以保證飛行速度可以跟蹤給定速度指令信號;仿真結果表明本文所提出的方法能夠實現高超聲速飛行器高度和速度的跟蹤。