高超聲速巡航飛行器預(yù)測(cè)滑模姿態(tài)控制方法研究.pdf

1、臨近空間高超聲速飛行器具有快速響應(yīng)、高機(jī)動(dòng)性、大航程、高效摧毀和突防能力強(qiáng)等突出優(yōu)點(diǎn)，其研究具有極大的戰(zhàn)略意義和應(yīng)用價(jià)值。高超聲速飛行器在復(fù)雜環(huán)境中高速飛行時(shí)，動(dòng)態(tài)結(jié)構(gòu)和參數(shù)變化劇烈，動(dòng)力學(xué)特性呈現(xiàn)出強(qiáng)耦合、強(qiáng)非線性、強(qiáng)不確定、輸入受限等特點(diǎn)，使得設(shè)計(jì)高精度、強(qiáng)魯棒的高超聲速飛行器飛行控制系統(tǒng)極富挑戰(zhàn)性和創(chuàng)新意義。本文以解決高超聲速飛行器姿態(tài)控制問題為目的，針對(duì)高超聲速飛行器的動(dòng)力學(xué)特性，基于預(yù)測(cè)滑?？刂品椒?，開展了耦合補(bǔ)償方法、模糊干

2、擾觀測(cè)器和輸入受限補(bǔ)償方法的研究工作，主要研究成果如下：
　　首先，建立了高超聲速飛行器的動(dòng)力學(xué)模型并分析了高超聲速飛行器的運(yùn)動(dòng)特性。針對(duì)高超聲速飛行器面臨的操縱耦合、運(yùn)動(dòng)耦合、慣性耦合三類耦合問題以及不確定及干擾對(duì)運(yùn)動(dòng)特性的影響分別開展仿真分析，明確了高超聲速飛行器控制器設(shè)計(jì)面臨的難點(diǎn)問題。
　　其次，針對(duì)強(qiáng)耦合、參數(shù)偏差和風(fēng)影響下的高超聲速飛行器姿態(tài)控制器設(shè)計(jì)問題，提出了基于反饋線性化的高超聲速飛行器預(yù)測(cè)滑模姿態(tài)控制方法

3、。反饋線性化方法實(shí)現(xiàn)了高超聲速飛行器姿態(tài)運(yùn)動(dòng)模型完全線性化，為后續(xù)控制器的設(shè)計(jì)奠定了基礎(chǔ)。預(yù)測(cè)滑?？刂品椒ㄈ诤狭嘶？刂启敯粜詮?qiáng)及預(yù)測(cè)控制優(yōu)化性能良好的優(yōu)勢(shì)，同傳統(tǒng)的指數(shù)趨近律滑?？刂品椒ㄏ啾?，避免了滑模控制切換過程帶來的指令高頻變化，且具有更好的魯棒性及控制品質(zhì)。針對(duì)高超聲速飛行器姿態(tài)運(yùn)動(dòng)面臨的操縱耦合、運(yùn)動(dòng)耦合、慣性耦合問題，分別提出了基于指令補(bǔ)償?shù)牟倏v解耦方法和考慮運(yùn)動(dòng)耦合和慣性耦合的預(yù)測(cè)滑模控制方法，有效解決了高超聲速飛行器姿態(tài)

4、運(yùn)動(dòng)耦合控制問題。
　　進(jìn)而，針對(duì)存在外界干擾作用時(shí)的高超聲速飛行器高精度、強(qiáng)魯棒控制器設(shè)計(jì)問題，提出了基于模糊干擾觀測(cè)器的高超聲速飛行器預(yù)測(cè)滑模姿態(tài)控制方法。基于模糊干擾觀測(cè)器觀測(cè)的干擾信息，設(shè)計(jì)了補(bǔ)償控制器，并與標(biāo)稱控制器進(jìn)行指令綜合，有效抑制了高超聲速飛行器面臨的不確定及外界干擾的影響，使得高超聲速飛行器姿態(tài)控制系統(tǒng)能夠精確跟蹤指令信號(hào)。為提高模糊干擾觀測(cè)器的觀測(cè)精度，引入雙曲正弦函數(shù)來補(bǔ)償模糊逼近誤差，提出了基于改進(jìn)模糊干

5、擾觀測(cè)器的預(yù)測(cè)滑?？刂品椒?，提高了外界干擾作用下的控制系統(tǒng)的控制性能。
　　最后，針對(duì)輸入受限下的高超聲速飛行器控制器設(shè)計(jì)問題，提出了基于模糊逼近的輸入受限高超聲速飛行器預(yù)測(cè)滑模姿態(tài)控制方法。利用模糊系統(tǒng)對(duì)非線性函數(shù)的良好逼近性能，實(shí)現(xiàn)對(duì)控制輸入超出限幅部分的估計(jì)，進(jìn)而設(shè)計(jì)輸入受限預(yù)測(cè)滑?？刂破鳎行魅蹩刂破鞯娘柡吞匦?，改善控制器的控制性能。在輸入受限預(yù)測(cè)滑?？刂破鞯幕A(chǔ)上，設(shè)計(jì)模糊干擾觀測(cè)器逼近復(fù)合干擾，實(shí)現(xiàn)在參數(shù)偏差、風(fēng)影響