基于自適應滑模的近空間飛行器容錯控制技術研究.pdf

1、本文主要針對近空間飛行器的飛控系統(tǒng)出現(xiàn)故障的情形，進行了故障建模及故障診斷與容錯控制技術的研究工作。本文主要涉及飛控系統(tǒng)的故障類型有近空間飛行器的執(zhí)行器故障，結(jié)構(gòu)故障等。近空間飛行器是國際未來戰(zhàn)爭的主要武器之一，近些年來，各軍事強國爭相研究，目前美國達到領先水平，已經(jīng)在不同馬赫數(shù)測試成功，最高已達到20馬赫。而我國近空間飛行器的研制技術尚不樂觀，各方面仍在努力的進行著。因此，為了我國的軍事領先和國家安全，近空間飛行器技術的研制應加快趕超

2、國際上其它軍事強國的水平。
　　相比較普通的飛行器，近空間飛行器有其獨特的優(yōu)點和缺點：一方面，速度快、飛行包絡大、攻擊力強、隱形性好；另一方面，飛行環(huán)境復雜、機體材料要求很高、強耦合性、非線性。上述復雜的因素導致了飛行器在執(zhí)行任務的過程中極易出現(xiàn)故障，從而引起災難性的事故和人員傷亡。由此可見，確保近空間飛行器的飛行安全顯得尤為重要，開展近空間飛行器的的故障診斷與容錯控制技術是必要的。圍繞這一研究方向，本文主要框架如下：
　　

3、首先，介紹了近空間飛行器的研究背景及意義。按照不同的原理對近空間飛行器進行分類以及近空間飛行器的飛控系統(tǒng)的故障類型，并概述了故障診斷與容錯控制技術及近空間飛行器故障診斷與容錯控制技術的研究現(xiàn)狀及面臨的問題。
　　其次，主要介紹了兩個方面內(nèi)容：一方面，詳述了近空間飛行器的姿態(tài)模型和縱向模型，并通過分析了二者的特點，選取了適合控制要求的動力學模型作為研究對象；另一方面，近空間飛行器故障模型的建立。其中，包括執(zhí)行器故障建模，傳感器模型建

4、模，結(jié)構(gòu)損傷建模，并介紹了其具體的物理意義。
　　再次，基于二階動態(tài)終端滑模控制，可以有效地克服抖動現(xiàn)象，并能快速、準確地在有限的時間內(nèi)跟蹤期望信號的優(yōu)點，考慮了近空間飛行器的執(zhí)行器單通道故障，外部干擾和模型不確定性同時存在的情況，基于對系統(tǒng)進行分階的思想，分別設計了終端滑模容錯控制和自適應動態(tài)滑模容錯控制方案，仿真證明了所設計的算法有良好的容錯能力。
　　然后，針在執(zhí)行器動態(tài)損傷和執(zhí)行器失效兩種故障同時發(fā)生的情況下設計了一

5、套主動容錯控制方案，其中包括滑模觀測器的設計和自適應滑模容錯控制器設計。此方案能夠在兩種故障同時發(fā)生時在線估計故障的大小并適時將故障信息的更新到控制器中，成功實現(xiàn)姿態(tài)跟蹤。
　　隨后，針對近空間飛行器的結(jié)構(gòu)損傷，垂直尾翼的破損進行結(jié)構(gòu)故障的建模工作，通過仿真曲線對比更新氣動參數(shù)的系數(shù)，使得出現(xiàn)結(jié)構(gòu)損傷的動力學方程盡量的接近真實的物理模型；進而采用Backstepping和RBF神經(jīng)網(wǎng)絡控制技術對結(jié)構(gòu)故障系統(tǒng)進行重構(gòu)控制方案設計。實