基于動(dòng)態(tài)面的高超聲速飛行器自適應(yīng)非線性容錯(cuò)控制方法研究.pdf

1、由于高超聲速飛行器具有飛行速度快、可重復(fù)利用等特點(diǎn)，因此在軍事和民用上都具有廣闊的應(yīng)用前景。但高超聲速飛行器模型具有高度非線性，這不僅給控制器的設(shè)計(jì)提出巨大挑戰(zhàn)，對(duì)執(zhí)行機(jī)構(gòu)機(jī)動(dòng)性能也提出很高的要求。在復(fù)雜多變的飛行環(huán)境下，執(zhí)行機(jī)構(gòu)/傳感機(jī)構(gòu)等系統(tǒng)部件發(fā)生故障的可能性也隨之增加。為提高飛行器在故障下的生存能力，加強(qiáng)容錯(cuò)控制的研究具有重要意義。本研究考慮高超聲速飛行器執(zhí)行機(jī)構(gòu)故障問(wèn)題，分以下幾個(gè)部分進(jìn)行控制分析研究。
　　對(duì)含有執(zhí)行機(jī)

2、構(gòu)損傷故障的飛行器模型，考慮參數(shù)攝動(dòng)和外部擾動(dòng)的影響，設(shè)計(jì)自適應(yīng)容錯(cuò)控制器，使得故障后系統(tǒng)依然可以穩(wěn)定跟蹤期望指令。首先，運(yùn)用反步法設(shè)計(jì)基礎(chǔ)控制器，并把范數(shù)估計(jì)和模糊自適應(yīng)結(jié)合來(lái)估計(jì)各動(dòng)態(tài)中不確定項(xiàng)，大大降低模糊系統(tǒng)自適應(yīng)參數(shù)過(guò)多導(dǎo)致的系統(tǒng)計(jì)算速度變慢問(wèn)題。接下來(lái)對(duì)發(fā)生執(zhí)行機(jī)構(gòu)損傷的模型，利用自適應(yīng)算法在線估計(jì)損傷矩陣的最大特征值，并結(jié)合基礎(chǔ)控制器設(shè)計(jì)可使故障系統(tǒng)穩(wěn)定的自適應(yīng)容錯(cuò)補(bǔ)償控制器。
　　當(dāng)損傷嚴(yán)重時(shí)，容錯(cuò)補(bǔ)償控制器的輸出

3、超飽和，造成控制系統(tǒng)不穩(wěn)定，為此，對(duì)含執(zhí)行機(jī)構(gòu)損傷和輸入飽和的高超聲速飛行器，提出基于Nussbaum技術(shù)容錯(cuò)控制方法。對(duì)于執(zhí)行機(jī)構(gòu)飽和，通過(guò)引入雙曲正切函數(shù)來(lái)逼近飽和函數(shù)，并根據(jù)中值定理將該函數(shù)化為控制輸入仿射形式;模型中未知函數(shù)項(xiàng)，則用模糊自適應(yīng)系統(tǒng)逼近;執(zhí)行機(jī)構(gòu)損傷導(dǎo)致的控制增益未知問(wèn)題，通過(guò)引入Nussbaum增益技術(shù)，既避免控制器又解決了執(zhí)行機(jī)構(gòu)故障導(dǎo)致的系統(tǒng)穩(wěn)定性問(wèn)題。
　　對(duì)飛行器同時(shí)存在執(zhí)行機(jī)構(gòu)卡死和控制舵面損傷問(wèn)