基于多模型切換的近空間飛行器魯棒自適應協(xié)調控制.pdf

1、近空間飛行器(NSV: Near Space Vehicle)集傳統(tǒng)航空器與航天器的優(yōu)點于一身，在軍事和民用方面具備重大的戰(zhàn)略價值，已成為各軍事強國關注和研究的焦點。近空間飛行器的飛行環(huán)境特殊、飛行包絡極大，并且在飛行過程中存在著多工作模式、多工作狀態(tài)等特點，使得飛行器系統(tǒng)呈現(xiàn)出非常復雜的特性，因而飛行控制系統(tǒng)的設計是一項極具挑戰(zhàn)但又意義重大的研究課題。本文針對這一科學問題，分別在飛行運動數(shù)學建模、不確定非線性魯棒自適應飛行控制等方面開

2、展了一系列研究工作。
　　首先，綜合現(xiàn)有的文獻資料以及本課題組的前期研究成果，結合近空間飛行器的大飛行包絡、多飛行任務等特點，考慮具體的飛行環(huán)境，對帶翼錐形體且機翼后掠角可變的近空間飛行器進行了系統(tǒng)的飛行力學以及動力學分析，在地球坐標軸系下建立了它的飛行運動數(shù)學模型，并對受到干擾和不確定等影響的系統(tǒng)開環(huán)特性進行了檢驗和分析，論證了該系統(tǒng)能夠體現(xiàn)近空間飛行器的嚴重非線性、強烈狀態(tài)耦合、激烈快時變以及存在不確定等特點，可以滿足飛控系統(tǒng)

3、設計研究的需要。
　　而后，圍繞所建立的復雜非線性飛行運動方程，提出了一種基于模糊多模型的魯棒軟切換控制方法。首先根據機翼后掠角將近空間飛行器的工作區(qū)域劃分為多個模糊區(qū)域，然后利用廣義系統(tǒng)的方法設計系統(tǒng)的局部魯棒控制器，減少了計算量和復雜度，最后對局部控制器進行模糊加權從而實現(xiàn)了控制器的軟切換。通過變氣動外形近空間飛行器的飛行運動仿真驗證說明了所設計方法的有效性。
　　接著，為了降低系統(tǒng)模型集的復雜度，考慮近空間飛行器氣動參

4、數(shù)等未知以及受到外界干擾影響的條件下，提出了一種基于多非線性模型切換的魯棒自適應控制策略。利用模糊系統(tǒng)來在線逼近系統(tǒng)中的未知函數(shù)，并設計魯棒控制器來對逼近誤差進行補償，根據公共Lyapunov函數(shù)方法證明了閉環(huán)系統(tǒng)的穩(wěn)定性。為了獲得更好的逼近效果，在模糊系統(tǒng)中增加了變論域的思想，相當于在不改變系統(tǒng)復雜度的前提下增加了模糊規(guī)則，顯著提高了模糊系統(tǒng)性能。仿真結果表明兩種方法都能夠很好地實現(xiàn)對近空間飛行器的魯棒自適應控制。
　　然后，針

5、對近空間飛行器在飛行過程中存在的環(huán)境干擾以及系統(tǒng)本身的建模不確定，提出了一種基于模糊觀測器的多模型切換控制算法。充分利用系統(tǒng)的已知信息，構造多模型模糊觀測器來實現(xiàn)對包含復合干擾的未知函數(shù)的估計，并設計了系統(tǒng)的魯棒控制器，利用公共Lyapunov函數(shù)方法推導出可以保證閉環(huán)系統(tǒng)所有信號最終一致有界的參數(shù)自適應調整律。進一步，為了避免模糊系統(tǒng)過度依賴專家經驗并改善模糊系統(tǒng)的逼近性能，設計了一種全調節(jié)多模型模糊觀測器，模糊系統(tǒng)的中心、寬度和模糊

6、參數(shù)均可在線調節(jié)，并據此提出了基于全調節(jié)模糊觀測器的多模型切換控制方法。將上述兩種方法用于變機翼后掠角近空間飛行器的姿態(tài)跟蹤控制，取得了理想的控制效果。
　　最后，考慮近空間飛行器的實際飛行需要，設計了一種基于多模型切換的輸入輸出受限控制律。設定系統(tǒng)的跟蹤誤差運動范圍，構造系統(tǒng)的輸出約束環(huán)節(jié)，然后將理想控制輸入經過控制指令濾波器進行濾波得到實際控制輸入，利用切換模糊系統(tǒng)對理想控制與實際控制之間的差值以及復合干擾進行估計，并用以補償