輸入受限的高超飛行器巡航段跟蹤控制研究.pdf

1、高超聲速飛行器是指飛行速度在5倍聲速以上，以空氣動力為主要推進手段的飛行器。與常規(guī)飛行器相比，具有高機動性、高速度、強突防能力等等特點，這使得高超聲速飛行器的研究已成為國際航空航天領(lǐng)域的熱門方向之一。但由于高超飛行器一體化設計、飛行環(huán)境變化劇烈等特點，其具有強非線性、強耦合性及快速時變性等難點。此外，高超飛行器的快速機動性往往需要大的控制動作實現(xiàn)，極易導致控制器輸入飽和，如果不能恢復到線性工作區(qū)，會導致飛行器失穩(wěn)，甚至解體。因此，在控制

2、器設計時必須要考慮輸入受限問題。
　　本文在合理地推導、假設和簡化基礎上，建立了高超聲速飛行器縱向通道的剛體模型。由狀態(tài)微分方程可發(fā)現(xiàn)系統(tǒng)各狀態(tài)間具有嚴重的耦合。對縱向通道模型進行小擾動線性化處理，對線性化后的系統(tǒng)進行零極點分析，發(fā)現(xiàn)高超聲速飛行器的零極點與常規(guī)飛行器的零極點具有極大的不同，尤其是高超聲速飛行器具有不穩(wěn)定極點，這導致高超飛行器控制系統(tǒng)的穩(wěn)定性受到嚴重影響。
　　反饋線性化手段是處理高超飛行器一類高階、強耦合系

3、統(tǒng)常用的方法。本文闡述了反饋線性化的基本概念與方法，并對高超聲速飛行器縱向模型進行反饋線性化處理，最終得到速度三次微分、高度四次微分方程，使得控制輸入量顯含在微分后的方程中，方便了后續(xù)控制器的設計。本文在反饋線性化系統(tǒng)的基礎上分別設計了最優(yōu)控制器與滑?？刂破鳌Ｗ顑?yōu)控制器設計簡單，參數(shù)易調(diào)，且可實現(xiàn)對速度、高度的跟蹤；而滑?？刂破髟O計時，先未考慮輸入受限問題，選取了經(jīng)典的滑模面，設計了有限時間滑模趨近律，既保證了系統(tǒng)狀態(tài)快速收斂至滑模面，

4、又避免了出現(xiàn)奇異現(xiàn)象，并且能較好地跟蹤速度、高度指令。然后針對輸入受限問題，設計基于滑模的抗飽和控制器，在保證新的控制系統(tǒng)穩(wěn)定并且跟蹤性能保持良好的基礎上，較好地解決輸入飽和問題。
　　本文針對高超聲速飛行器縱向非線性模型，經(jīng)過合理假設，將系統(tǒng)分為快慢兩個子系統(tǒng)，在未考慮輸入受限的情況下，進行反步控制器設計，同時針對不確定性設計自適應律，保證了系統(tǒng)具有較強的抑制干擾的能力。然后針對輸入受限問題，設計了抗飽和控制器，經(jīng)過理論分析及計