基于反步法的吸氣式高超聲速飛行器非線性自適應(yīng)控制方法研究.pdf

1、天津大學(xué)碩士學(xué)位論文基于反步法的吸氣式高超聲速飛行器非線基于反步法的吸氣式高超聲速飛行器非線性自適應(yīng)控制方法研究性自適應(yīng)控制方法研究Researchonnonlinearadaptivecontrolmethodbasedonbacksteppingfairbreathinghypersonicvehicle學(xué)科專業(yè)：控制科學(xué)與工程研究生：王琳指導(dǎo)教師：胡超芳副教授天津大學(xué)電氣與自動(dòng)化學(xué)院二零一二年十二月摘要摘要高超聲速飛行器具有快速性

2、和飛行范圍廣的特點(diǎn)，因此在軍事和民用方面都展現(xiàn)了廣闊的研究前景。但是，由于高超聲速飛行器多變量、非線性、強(qiáng)耦合和不確定的模型特征，使得飛行控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)難度大大增加。圍繞上述模型特征下的飛行器速度和高度跟蹤控制的問題，本文依次展開了以下三方面的研究。針對(duì)高超聲速飛行器多變量、非線性和不確定的問題，利用廣義自適應(yīng)反步的方法，實(shí)現(xiàn)了飛行器對(duì)速度和高度參考軌跡的穩(wěn)定跟蹤。其中對(duì)于高度子系統(tǒng)，分別采用航跡角、攻角和升降舵偏轉(zhuǎn)角作為高度、航跡角和

3、攻角的控制量，保證了高度跟蹤誤差的收斂；對(duì)于速度子系統(tǒng)，設(shè)計(jì)動(dòng)態(tài)逆方法進(jìn)行控制。同時(shí)，自適應(yīng)更新律的設(shè)計(jì)實(shí)現(xiàn)了對(duì)不確定氣動(dòng)參數(shù)的在線估計(jì)。此外，針對(duì)反步法設(shè)計(jì)過程中存在“微分爆炸項(xiàng)”的問題，引入了積分濾波器來避免對(duì)虛擬控制量的求導(dǎo)?；诶钛牌罩Z夫函數(shù)的控制設(shè)計(jì)方法保證了全局系統(tǒng)的穩(wěn)定性。針對(duì)高超聲速飛行器攻角和航跡角是不可測(cè)量或測(cè)量不準(zhǔn)確的問題，基于廣義自適應(yīng)反步控制器，利用設(shè)計(jì)滑模觀測(cè)器的方法，實(shí)現(xiàn)了對(duì)未知狀態(tài)量的在線實(shí)時(shí)估計(jì)。其中利

4、用可測(cè)量的高度和俯仰率狀態(tài)對(duì)不可測(cè)量的攻角和航跡角狀態(tài)進(jìn)行在線估計(jì)。同時(shí)，采用sigmoid函數(shù)來避免滑模的抖振特征。最后利用攻角和航跡角的觀測(cè)狀態(tài)代替真實(shí)狀態(tài)進(jìn)行了廣義自適應(yīng)反步控制器的設(shè)計(jì)，并通過李雅普諾夫函數(shù)證明了全局系統(tǒng)的穩(wěn)定性。對(duì)于高超聲速飛行器由于航跡角動(dòng)態(tài)中升力與升降舵控制面存在耦合所引起的非最小相位問題，提出了基于互聯(lián)子系統(tǒng)的非線性等效控制方法，設(shè)計(jì)了速度和高度穩(wěn)定跟蹤控制器。其中，對(duì)于速度跟蹤系統(tǒng)，設(shè)計(jì)了動(dòng)態(tài)逆控制器；