基于Terminal滑模的空天飛行器再入魯棒自適應控制.pdf_第1頁
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文檔簡介

1、空天飛行器(ASV)是新一代的航空航天器,它將填補臨近空間(Near Space)航空航天活動的空白,并且具有極其重要的軍事價值。ASV再入大氣層的飛行環(huán)境變化劇烈、干擾大,因而其姿態(tài)控制系統的設計是一項非常前沿的研究課題。本文圍繞這一問題,對ASV再入飛行的高精度、強穩(wěn)定、快速自適應魯棒控制問題展開了較為深入的研究。 首先,在實驗室已有成果的基礎上,建立了ASV的再入模型,其控制系統包含反作用發(fā)動機(RCS)和控制舵面,以滿足

2、不同飛行階段的控制要求。然后對其開環(huán)性能進行了分析,結果表明該模型具有復雜的非線性、耦合性以及快速時變性等特點,具有一定的代表性,可以為后續(xù)的研究工作提供參考。 其次,基于Terminal滑??刂品椒ㄑ芯苛薃SV再入飛行控制系統的設計問題。在對綜合干擾進行一定假設的條件下,得到了具有有限時間收斂特性的Terminal滑模閉環(huán)控制系統,可以保證系統跟蹤誤差在有限時間內收斂到零,從而提高了系統的響應速度。為了消除前述假設,提出另一種

3、基于神經網絡的自適應Terminal滑??刂品桨?,可以在線消除系統的綜合干擾,并對閉環(huán)穩(wěn)定性進行了嚴格的證明。兩種方案都在ASV高超聲速再入飛行條件下進行了仿真驗證。 隨后,為了更有效消除綜合干擾的影響,且易于工程應用,提出了基于模糊干擾觀測器的自適應Terminal滑??刂品椒?,并基于Lyapunov穩(wěn)定性理論給出了嚴格的穩(wěn)定性證明。進一步,通過改進模糊干擾觀測器的自適應律,設計了快速模糊干擾觀測器,大大加快了其逼近速度,并將

4、其應用到ASV再入飛控系統的設計中。最后的仿真結果進一步顯示了該方法的優(yōu)越性。 在第五章中,重點研究了閉環(huán)系統的有限時間收斂特性和自適應律運算效率的問題。為了明確得到基于快速模糊干擾觀測器的閉環(huán)系統的收斂時間,保留了模糊系統的逼近誤差。此時,閉環(huán)系統誤差不再收斂到零,而是收斂到可以任意小的某些區(qū)域。本章研究的另一個問題是如何減輕機載計算機的運算量。通過提出一種新型參數自適應律,將模糊系統在線調整的參數減少到兩個,大大提高了運算效

5、率。 第六章首先分析了Terminal滑模面設計參數對滑模區(qū)域及達到時間的影響,然后設計了基于T-S模糊模型的時變自適應Terminal滑??刂葡到y。該方法采用T-S模糊系統在線逼近綜合干擾,且時變滑模面有利于增大滑模區(qū)域,提高系統的魯棒性,縮短到達時間。 最后,研究了ASV狀態(tài)觀測器的設計問題。在考慮系統量測噪聲的情況下,對系統進行兩次擴張,設計了基于超扭曲算法(Super-twisting)的新型擴張狀態(tài)觀測器,保證

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