基于反步法的高超聲速飛行器魯棒自適應(yīng)控制.pdf

1、高超聲速飛行器已成為航空航天領(lǐng)域極其重要的發(fā)展方向之一，它的發(fā)展水平體現(xiàn)了各國的科技實(shí)力和綜合國力?？刂萍夹g(shù)是高超聲速飛行器的關(guān)鍵技術(shù)之一，是實(shí)現(xiàn)飛行器飛行任務(wù)的關(guān)鍵。而高超聲速飛行器具有飛行速度快、飛行包線大、耦合、不確定等特點(diǎn)，使得其控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)成為具有挑戰(zhàn)性的課題。圍繞這一課題，論文系統(tǒng)的對高超聲速飛行器巡航段和再入段控制問題進(jìn)行研究。
　　首先，考慮氣動(dòng)參數(shù)不確定影響下的彈性高超聲速飛行器巡航段控制問題，提出了自適應(yīng)反步

2、控制策略。為降低控制器設(shè)計(jì)的復(fù)雜性，將彈性動(dòng)態(tài)作為剛體系統(tǒng)的擾動(dòng)，建立了面向控制模型。基于對面向控制模型的分析，將其分為速度子系統(tǒng)和高度子系統(tǒng)。通過設(shè)計(jì)自適應(yīng)律對各子系統(tǒng)中的不確定的上界進(jìn)行估計(jì)。結(jié)合動(dòng)態(tài)逆方法和自適應(yīng)設(shè)計(jì)速度子系統(tǒng)的控制輸入；高度子系統(tǒng)中，將高度的跟蹤控制轉(zhuǎn)化為航跡角的跟蹤控制，繼而對航跡角動(dòng)態(tài)、攻角動(dòng)態(tài)、俯仰角速率動(dòng)態(tài)，采用自適應(yīng)反步法設(shè)計(jì)控制輸入。仿真驗(yàn)證了設(shè)計(jì)的控制策略實(shí)現(xiàn)了速度和高度的穩(wěn)定跟蹤控制。
　　

3、其次，考慮輸入約束與氣動(dòng)參數(shù)不確定影響下的彈性高超聲速飛行器巡航段控制問題，提出了魯棒自適應(yīng)動(dòng)態(tài)面控制策略。速度和高度子系統(tǒng)中的未知非線性函數(shù)通過RBFNN逼近。利用最小學(xué)習(xí)參數(shù)法解決了估計(jì)神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)理想權(quán)值時(shí)導(dǎo)致的計(jì)算復(fù)雜度問題。結(jié)合動(dòng)態(tài)逆、RBFNN與魯棒自適應(yīng)控制設(shè)計(jì)速度子系統(tǒng)的控制器。而高度的控制通過航跡角的跟蹤控制實(shí)現(xiàn)，結(jié)合魯棒自適應(yīng)動(dòng)態(tài)面控制和RBFNN設(shè)計(jì)了高度子系統(tǒng)的控制器。為了處理輸入約束，構(gòu)造子系統(tǒng)的附加系統(tǒng)以分析輸入

4、約束的作用,并將其狀態(tài)用于控制器設(shè)計(jì)和穩(wěn)定性分析中。基于Lyapunov穩(wěn)定性理論分析了跟蹤誤差收斂到任意小鄰域，并通過仿真驗(yàn)證了魯棒自適應(yīng)動(dòng)態(tài)面控制器處理輸入約束和不確定的有效性。
　　再次，考慮轉(zhuǎn)動(dòng)慣量矩陣不確定和力矩?cái)_動(dòng)影響下的高超聲速飛行器再入姿態(tài)控制問題，提出了魯棒自適應(yīng)反步控制策略。建立帶有不滿足線性參數(shù)化條件的不確定的面向控制模型，并將其分為姿態(tài)角子系統(tǒng)與姿態(tài)角速率子系統(tǒng)。通過設(shè)計(jì)自適應(yīng)律實(shí)現(xiàn)姿態(tài)角子系統(tǒng)中不確定的未

5、知上界的估計(jì)；引入魯棒項(xiàng)克服姿態(tài)角速率子系統(tǒng)中的不確定與力矩?cái)_動(dòng)。基于Lyapunov穩(wěn)定性理論證明了閉環(huán)系統(tǒng)的穩(wěn)定性，跟蹤誤差收斂到原點(diǎn)附近的任意小鄰域?；诹杂啥饶Ｐ偷姆抡骝?yàn)證了所設(shè)計(jì)的控制策略的跟蹤性能。
　　最后，考慮輸入約束、轉(zhuǎn)動(dòng)慣量矩陣不確定及力矩?cái)_動(dòng)影響下的高超聲速飛行器再入姿態(tài)控制問題，提出了魯棒自適應(yīng)濾波反步控制策略。通過設(shè)計(jì)魯棒型自適應(yīng)律對不確定的上界進(jìn)行估計(jì)，引入二階魯棒濾波器，對虛擬控制的導(dǎo)數(shù)進(jìn)行估計(jì)，避