高超声速飞行器高精度/高带宽纵向控制律的基础研究

【摘要】： 分析了高超声速飞行器的飞行特性,并对某一通用高超声速纵向数学模型进行气动参数、平衡点和特征值的分析,掌握和了解高超声速飞行器纵向运动模态的气动特性和飞行特点; 采用反馈线性化方法将高超声速飞行器非线性纵向模型进行精确线性化处理,并以此为基础,设计出动态逆控制系统,该系统具有良好的非线性解耦控制能力,同时具有确保系统的稳定性能; 针对高超声速飞行器的高精度高带宽进行研究,设计出了以最优控制器作为辅助控制器的动态逆控制系统,该系统以动态控制作为内环,而以最优控制作为外环。动态逆控制用于解除高超声速飞行器输入输出的非线性耦合,而最优控制用于提高系统的带宽与精度,为了选取恰当的最优控制参数,利用遗传算法根据适应度函数进行迭代寻优,找出能提高系统带宽与精度的参数,改善了系统的品质; 针对高超声速飞行器不确定性因素的影响和数学模型的不精确,提出了采用神经网络自适应补偿器补偿系统逆误差方案,设计了神经网络在线学习自适应控制结构,当气动参数发生摄动或系统受到干扰时,反馈误差学习结构能在线调整网络权值,使之逼近系统逆误差,动态消除逆误差对整个控制系统的影响。改善整个控制系统的性能,提高了系统的精度,保持了高带宽的要求。