高超聲速無人機(jī)的非仿射模糊滑?？刂蒲芯?pdf

1、高超聲速無人機(jī)的出現(xiàn)，是武器裝備實(shí)現(xiàn)跨越式發(fā)展的重要標(biāo)志。由于其自身復(fù)雜的動(dòng)態(tài)特性極大的影響著飛行器的飛行狀態(tài)，也給高超聲速無人機(jī)的控制問題帶來了極大的挑戰(zhàn)和要求。圍繞這一問題，本文在高超聲速無人機(jī)建模與分析、非仿射系統(tǒng)控制、滑模模糊控制三個(gè)方面開展了相關(guān)研究。
　　首先，本文在充分借鑒國(guó)內(nèi)外公開發(fā)表的文獻(xiàn)資料基礎(chǔ)上，給出高超聲速無人機(jī)縱向非仿射數(shù)學(xué)模型。與以往文獻(xiàn)不同，該模型中的氣動(dòng)力系數(shù)和力矩系數(shù)與氣動(dòng)舵面偏角呈非線性關(guān)系，因

2、此所建立的數(shù)學(xué)模型中狀態(tài)方程隱含控制輸入，具有非仿射非線性特性。仿真分析表明，其開環(huán)特性符合已有的分析結(jié)果，因此該模型具有一定的代表性，為后續(xù)工作的展開作了良好的鋪墊。
　　其次，作為研究基礎(chǔ)，先針對(duì)簡(jiǎn)化的高超聲速無人機(jī)的縱向模型開展非仿射控制研究，使該模型符合一類單輸入單輸出非仿射非線性系統(tǒng)的表達(dá)式。針對(duì)該系統(tǒng)，設(shè)計(jì)了一種基于線性滑模面的模糊自適應(yīng)控制，使得系統(tǒng)輸出能夠跟蹤期望輸出信號(hào)。在控制器的設(shè)計(jì)中，采用模糊邏輯系統(tǒng)逼近控制

3、器設(shè)計(jì)中的未知函數(shù)，為避免參數(shù)漂移，模糊參數(shù)自適應(yīng)律中引入?修正律。該方案只要求不確定項(xiàng)有界，但不需要其確界。同時(shí)，引入魯棒控制項(xiàng)來補(bǔ)償逼近誤差和外界干擾。最后，通過構(gòu)造合理的Lyapunov函數(shù)，可以證明整個(gè)控制閉環(huán)系統(tǒng)的穩(wěn)定性。通過對(duì)簡(jiǎn)化的高超聲速無人機(jī)的縱向模型進(jìn)行控制仿真，驗(yàn)證了該方法的有效性。
　　接著，將未簡(jiǎn)化的高超聲速無人機(jī)縱向模型視作典型的輸入輸出等量的多輸入多輸出非仿射的系統(tǒng)，并對(duì)其進(jìn)行了控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)。在設(shè)計(jì)的過

4、程中，為了兼顧更好的動(dòng)態(tài)性能和穩(wěn)態(tài)性能，用一種新型非線性積分滑模面取代了線性滑模面，并結(jié)合模糊邏輯系統(tǒng)，設(shè)計(jì)了非線性積分滑模模糊自適應(yīng)控制器。另外，在控制器設(shè)計(jì)中為避免參數(shù)爆炸問題，只考慮對(duì)未知參數(shù)范數(shù)的估計(jì)值進(jìn)行在線調(diào)整，有效加快了響應(yīng)時(shí)間。基于Lyapunov理論證明可得整個(gè)閉環(huán)系統(tǒng)所有信號(hào)一致最終有界，跟蹤誤差收斂到零。高超聲速無人機(jī)的仿真驗(yàn)證表明了控制器的有效性和魯棒性。
　　最后，由于高超聲速無人機(jī)的快時(shí)變性，希望控制器