基于Backstepping的高超聲速飛行器控制算法研究.pdf

1、隨著時代的發(fā)展和科技的進步，航空航天技術(shù)在戰(zhàn)爭中發(fā)揮的作用越來越顯著，因此高超聲速飛行器是未來空天技術(shù)發(fā)展的熱點和重點問題之一。由于高超聲速飛行系統(tǒng)的非線性，強耦合和快時變等特點，控制算法的好壞將直接影響其飛行控制性能。本文研究了高超聲速飛行器飛行控制問題，重點研究了縱向模型控制問題和六自由度模型姿態(tài)控制問題，目的是設(shè)計相應(yīng)的控制算法，確保系統(tǒng)穩(wěn)定飛行。主要研究內(nèi)容如下：
　　（1）建立高超聲速飛行器六自由度剛體運動學(xué)模型。建模過

2、程中結(jié)合本文所研究飛行器的飛行控制特點，使建立的模型體現(xiàn)出高超聲速飛行器非線性、強耦合和快時變等特點，并對相關(guān)氣動系數(shù)與攻角和馬赫數(shù)的函數(shù)關(guān)系進行了分析，為后續(xù)控制算法的設(shè)計提供了平臺。
　?。?）設(shè)計了縱向模型Backstepping控制算法。首先基于所建立的六自由度模型，對相應(yīng)的影響因素進行簡化或處理，建立了既不失一般性又簡化的高超聲速飛行器縱向運動模型。將縱向模型分解為速度子系統(tǒng)和高度子系統(tǒng)，然后將兩個子系統(tǒng)轉(zhuǎn)換為嚴(yán)格反饋形

3、式，在此基礎(chǔ)上分別設(shè)計 Backstepping控制器。仿真證明了所設(shè)計的控制算法具有良好的跟蹤性能。
　?。?）設(shè)計了六自由度模型Backstepping控制算法。首先對系統(tǒng)進行了開環(huán)特性分析，仿真表明在沒有控制輸入的情況下，系統(tǒng)的狀態(tài)會很快發(fā)散，系統(tǒng)很不穩(wěn)定。針對系統(tǒng)復(fù)雜非線性，強耦合特點，建立了非線性仿射模型，將得到的簡化模型做為控制系統(tǒng)的設(shè)計對象，在此基礎(chǔ)設(shè)計了相應(yīng)的Backstepping控制算法，仿真結(jié)果證明了所設(shè)計的