輸入受限的高超飛行器巡航段跟蹤控制研究.pdf

1、高超聲速飛行器是指飛行速度在5倍聲速以上，以空氣動(dòng)力為主要推進(jìn)手段的飛行器。與常規(guī)飛行器相比，具有高機(jī)動(dòng)性、高速度、強(qiáng)突防能力等等特點(diǎn)，這使得高超聲速飛行器的研究已成為國(guó)際航空航天領(lǐng)域的熱門方向之一。但由于高超飛行器一體化設(shè)計(jì)、飛行環(huán)境變化劇烈等特點(diǎn)，其具有強(qiáng)非線性、強(qiáng)耦合性及快速時(shí)變性等難點(diǎn)。此外，高超飛行器的快速機(jī)動(dòng)性往往需要大的控制動(dòng)作實(shí)現(xiàn)，極易導(dǎo)致控制器輸入飽和，如果不能恢復(fù)到線性工作區(qū)，會(huì)導(dǎo)致飛行器失穩(wěn)，甚至解體。因此，在控制

2、器設(shè)計(jì)時(shí)必須要考慮輸入受限問(wèn)題。
　　本文在合理地推導(dǎo)、假設(shè)和簡(jiǎn)化基礎(chǔ)上，建立了高超聲速飛行器縱向通道的剛體模型。由狀態(tài)微分方程可發(fā)現(xiàn)系統(tǒng)各狀態(tài)間具有嚴(yán)重的耦合。對(duì)縱向通道模型進(jìn)行小擾動(dòng)線性化處理，對(duì)線性化后的系統(tǒng)進(jìn)行零極點(diǎn)分析，發(fā)現(xiàn)高超聲速飛行器的零極點(diǎn)與常規(guī)飛行器的零極點(diǎn)具有極大的不同，尤其是高超聲速飛行器具有不穩(wěn)定極點(diǎn)，這導(dǎo)致高超飛行器控制系統(tǒng)的穩(wěn)定性受到嚴(yán)重影響。
　　反饋線性化手段是處理高超飛行器一類高階、強(qiáng)耦合系

3、統(tǒng)常用的方法。本文闡述了反饋線性化的基本概念與方法，并對(duì)高超聲速飛行器縱向模型進(jìn)行反饋線性化處理，最終得到速度三次微分、高度四次微分方程，使得控制輸入量顯含在微分后的方程中，方便了后續(xù)控制器的設(shè)計(jì)。本文在反饋線性化系統(tǒng)的基礎(chǔ)上分別設(shè)計(jì)了最優(yōu)控制器與滑?？刂破鳌Ｗ顑?yōu)控制器設(shè)計(jì)簡(jiǎn)單，參數(shù)易調(diào)，且可實(shí)現(xiàn)對(duì)速度、高度的跟蹤；而滑?？刂破髟O(shè)計(jì)時(shí)，先未考慮輸入受限問(wèn)題，選取了經(jīng)典的滑模面，設(shè)計(jì)了有限時(shí)間滑模趨近律，既保證了系統(tǒng)狀態(tài)快速收斂至滑模面，

4、又避免了出現(xiàn)奇異現(xiàn)象，并且能較好地跟蹤速度、高度指令。然后針對(duì)輸入受限問(wèn)題，設(shè)計(jì)基于滑模的抗飽和控制器，在保證新的控制系統(tǒng)穩(wěn)定并且跟蹤性能保持良好的基礎(chǔ)上，較好地解決輸入飽和問(wèn)題。
　　本文針對(duì)高超聲速飛行器縱向非線性模型，經(jīng)過(guò)合理假設(shè)，將系統(tǒng)分為快慢兩個(gè)子系統(tǒng)，在未考慮輸入受限的情況下，進(jìn)行反步控制器設(shè)計(jì)，同時(shí)針對(duì)不確定性設(shè)計(jì)自適應(yīng)律，保證了系統(tǒng)具有較強(qiáng)的抑制干擾的能力。然后針對(duì)輸入受限問(wèn)題，設(shè)計(jì)了抗飽和控制器，經(jīng)過(guò)理論分析及計(jì)