高超聲速巡航飛行器預(yù)測滑模姿態(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)、高機動性、大航程、高效摧毀和突防能力強等突出優(yōu)點，其研究具有極大的戰(zhàn)略意義和應(yīng)用價值。高超聲速飛行器在復(fù)雜環(huán)境中高速飛行時，動態(tài)結(jié)構(gòu)和參數(shù)變化劇烈，動力學(xué)特性呈現(xiàn)出強耦合、強非線性、強不確定、輸入受限等特點，使得設(shè)計高精度、強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，針對高超聲速飛行器的動力學(xué)特性，基于預(yù)測滑?？刂品椒ǎ_展了耦合補償方法、模糊干

2、擾觀測器和輸入受限補償方法的研究工作，主要研究成果如下：
　　首先，建立了高超聲速飛行器的動力學(xué)模型并分析了高超聲速飛行器的運動特性。針對高超聲速飛行器面臨的操縱耦合、運動耦合、慣性耦合三類耦合問題以及不確定及干擾對運動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)計面臨的難點問題。
　　其次，針對強耦合、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)計問題，提出了基于反饋線性化的高超聲速飛行器預(yù)測滑模姿態(tài)控制方法

3、。反饋線性化方法實現(xiàn)了高超聲速飛行器姿態(tài)運動模型完全線性化，為后續(xù)控制器的設(shè)計奠定了基礎(chǔ)。預(yù)測滑?？刂品椒ㄈ诤狭嘶？刂启敯粜詮娂邦A(yù)測控制優(yōu)化性能良好的優(yōu)勢，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)。針對高超聲速飛行器姿態(tài)運動面臨的操縱耦合、運動耦合、慣性耦合問題，分別提出了基于指令補償?shù)牟倏v解耦方法和考慮運動耦合和慣性耦合的預(yù)測滑模控制方法，有效解決了高超聲速飛行器姿態(tài)

4、運動耦合控制問題。
　　進而，針對存在外界干擾作用時的高超聲速飛行器高精度、強魯棒控制器設(shè)計問題，提出了基于模糊干擾觀測器的高超聲速飛行器預(yù)測滑模姿態(tài)控制方法?；谀：蓴_觀測器觀測的干擾信息，設(shè)計了補償控制器，并與標稱控制器進行指令綜合，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。為提高模糊干擾觀測器的觀測精度，引入雙曲正弦函數(shù)來補償模糊逼近誤差，提出了基于改進模糊干

5、擾觀測器的預(yù)測滑?？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，針對輸入受限下的高超聲速飛行器控制器設(shè)計問題，提出了基于模糊逼近的輸入受限高超聲速飛行器預(yù)測滑模姿態(tài)控制方法。利用模糊系統(tǒng)對非線性函數(shù)的良好逼近性能，實現(xiàn)對控制輸入超出限幅部分的估計，進而設(shè)計輸入受限預(yù)測滑模控制器，有效削弱控制器的飽和特性，改善控制器的控制性能。在輸入受限預(yù)測滑?？刂破鞯幕A(chǔ)上，設(shè)計模糊干擾觀測器逼近復(fù)合干擾，實現(xiàn)在參數(shù)偏差、風(fēng)影響