基于終端滑模的高超聲速飛行器巡航及再入跟蹤控制.pdf

1、高超聲速飛行器是具有快時(shí)變、強(qiáng)耦合、強(qiáng)非線性、多不確定性的復(fù)雜研究對象，研究其控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)極具挑戰(zhàn)性。由于高超聲速飛行器有很高的軍事、民用價(jià)值，其控制問題一直是各國研究的重點(diǎn)。本文針對高超聲速飛行器控制問題展開研究，關(guān)注基于終端滑模控制的有限時(shí)間控制方法。為解決傳統(tǒng)終端滑模控制中存在的奇異問題，研究具有非奇異特性的終端滑模控制?？紤]到高超聲速飛行器受到外界干擾和多種不確定影響，將終端滑?？刂品椒ǚ謩e與自適應(yīng)控制及干擾觀測器技術(shù)結(jié)合，設(shè)計(jì)

2、綜合控制器抑制干擾和不確定對飛控系統(tǒng)的影響。
　　(一)針對做巡航飛行的吸氣式高超聲速飛行器模型進(jìn)行控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)。忽略模型中彈性狀態(tài)、強(qiáng)耦合影響，將其視為系統(tǒng)不確定，對具有強(qiáng)非線性的巡航段模型進(jìn)行簡化處理，通過輸入輸出線性化得到動(dòng)態(tài)逆模型，基于該模型設(shè)計(jì)具有非奇異特性的多項(xiàng)式型自適應(yīng)終端滑?？刂破鳎渲卸囗?xiàng)式型終端滑?？刂破骺梢员ＷC標(biāo)稱系統(tǒng)狀態(tài)有限時(shí)間收斂到平衡點(diǎn)，設(shè)計(jì)自適應(yīng)算法是為了對系統(tǒng)中“有界未知不確定”上界進(jìn)行自動(dòng)估計(jì)，并

3、將該估計(jì)值作為控制增益，則此時(shí)控制增益大于系統(tǒng)不確定，可保證飛控系統(tǒng)穩(wěn)定。
　　(二)針對再入段存在多種干擾如常值風(fēng)干擾的情形進(jìn)行控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)。對高超聲速飛行器再入段六自由度模型進(jìn)行簡化處理，建立面向控制雙環(huán)模型，則每個(gè)環(huán)中的干擾都滿足匹配條件，可針對每個(gè)環(huán)設(shè)計(jì)基于干擾觀測器的非奇異終端滑?？刂破?，這里觀測器和控制器設(shè)計(jì)可獨(dú)立進(jìn)行，利用干擾觀測器對未知外界干擾進(jìn)行觀測，設(shè)計(jì)非奇異終端滑?？刂破鞅ＷC系統(tǒng)的有限時(shí)間收斂，將干擾估計(jì)值代

4、入設(shè)計(jì)好的非奇異終端滑?？刂破?，即可對匹配干擾進(jìn)行補(bǔ)償控制，保證安全穩(wěn)定再入飛行。
　　(三)高超聲速飛行器再入段控制中，另一種控制策略為在不分環(huán)的前提下進(jìn)行控制器設(shè)計(jì)（單環(huán)控制），為解決傳統(tǒng)單環(huán)控制中需要對姿態(tài)求高階導(dǎo)數(shù)的問題，提出一種有限時(shí)間干擾觀測器-控制器綜合設(shè)計(jì)策略。此時(shí)干擾觀測器設(shè)計(jì)與終端滑模控制器設(shè)計(jì)不能獨(dú)立進(jìn)行，后者必須依賴于前者的估計(jì)值。首先設(shè)計(jì)有限時(shí)間干擾觀測器，并基于干擾估計(jì)值設(shè)計(jì)非奇異終端滑模面和滑?？刂坡?/p>