高超声速飞行器的非线性控制

【摘要】：随着高超声速飞行器的研究越来越受到重视,高超声速飞行器技术已成为空间探索领域中的一个全新研究课题。和普通的飞行器相比,高超声速飞行器的飞行包络线范围更大,响应时间更短,飞行环境更加复杂,因此,高超声速飞行器对飞行稳定性和机动性能的要求更高。 本文以高超声速飞行器纵向运动模型为研究对象,主要从提高系统对跟踪指令响应的快速性出发进行相关控制方法的研究。突出特点是：将改进的自适应反步方法应用于高超声速飞行器控制；其次将切换控制思想应用到该模型的非线性动态逆控制中。全文具体工作如下： 首先,介绍了高超声速飞行器纵向模型的全状态运动方程,在此基础上分析了飞行器的飞行特性。介绍反馈线性化方法,对模型进行精确线性化处理,得到高超声速飞行器纵向运动的动态逆模型。 其次,在系统动态逆模型基础上设计了基于改进的反步控制器。与基本的反步控制方法相比,提高了闭环系统的跟踪响应速度；另外,采用改进的自适应反步方法对模型的参数不确定性进行了估计。仿真结果表明系统存在参数不确定性的情况下,该控制器能够满足飞行控制要求,且具有一定的鲁棒性。 再次,将控制器切换思想应用于高超声速飞行器的控制问题中,分别设计了硬切换控制器和软切换控制器。分析已知的状态反馈控制器的动态响应特性,使用切换控制技术与状态反馈控制的方法设计硬切换控制器,切换律取决于使以模型输出偏差为变量的性能指标最小；另外,为提高系统的动态响应特性,对每个控制器进行加权凸组合得到一个新的软切换控制。仿真结果表明了切换控制较单一控制器作用有较好的指令跟踪响应特性。 最后是全文的结论以及对下一步工作的展望。