高超聲速滑翔飛行器自適應(yīng)有限時間制導(dǎo)方法.pdf

1、高超聲速滑翔飛行器的飛行速度快、飛行空域廣，具有極大的商業(yè)和軍事價值。飛行器的運動具有非線性、強耦合、狀態(tài)大范圍快變等復(fù)雜特性，并且存在多種約束和不確定性，這給飛行器制導(dǎo)帶來很多困難。針對上述問題，論文對高超聲速滑翔飛行器的滑翔段制導(dǎo)和精確導(dǎo)引問題進(jìn)行深入研究，提出一種考慮不確定性的自適應(yīng)有限時間制導(dǎo)方法，使它適用于具有復(fù)雜運動特性的對象，能滿足多種約束，并能抑制不確定性對制導(dǎo)的不利影響，獲得較高的制導(dǎo)精度。論文主要開展以下研究：

2、>　　針對由飛行器制導(dǎo)問題抽象而來的一類存在擾動的線性系統(tǒng)的控制問題，提出一種新的有限時間線性控制方法和有限時間線性擴(kuò)張狀態(tài)觀測器（FT-LESO），為制導(dǎo)方法研究提供理論基礎(chǔ)。分別在狀態(tài)反饋和動態(tài)輸出反饋條件下，研究有限時間線性控制方法，給出控制器參數(shù)與系統(tǒng)收斂速率、調(diào)節(jié)時間的解析關(guān)系，為控制器在線快速設(shè)計提供依據(jù)；提出FT-LESO來觀測系統(tǒng)中的擾動，給出觀測器參數(shù)與觀測誤差的收斂速度、調(diào)節(jié)時間及穩(wěn)態(tài)值的解析關(guān)系，以此設(shè)計觀測器參數(shù)

3、實現(xiàn)快速準(zhǔn)確的擾動觀測，為擾動補償創(chuàng)造良好的條件。
　　針對滑翔段參考軌跡制導(dǎo)中的不確定性及多約束下的參考軌跡生成問題，提出一種適應(yīng)參數(shù)及任務(wù)變化的三維參考軌跡自適應(yīng)生成方法，它能自主、快速的生成滿足多種約束的三維參考軌跡，適用于進(jìn)行大側(cè)向機(jī)動的飛行任務(wù)，并具有良好的在線計算潛力?？紤]到由不確定性造成的模型參數(shù)變化，基于在線模型參數(shù)估計，通過在線生成三維參考軌跡使其適應(yīng)模型參數(shù)的變化；考慮飛行過程中變更目標(biāo)的情況，基于更新的目標(biāo)信

4、息，在線生成三維參考軌跡使其適應(yīng)飛行中改變目標(biāo)的飛行任務(wù)。
　　針對滑翔段參考軌跡制導(dǎo)中的不確定性及控制約束下的軌跡跟蹤控制問題，提出考慮不確定性的自適應(yīng)有限時間軌跡跟蹤控制方法。將不確定性的綜合影響視為系統(tǒng)中的擾動，利用擾動觀測器對其進(jìn)行觀測，通過擾動補償提高軌跡跟蹤控制效果。基于有限時間控制方法設(shè)計縱向軌跡跟蹤控制律，通過在線調(diào)整控制律參數(shù)，保證控制約束的滿足，并使系統(tǒng)具有期望的收斂性能，從而獲得良好的軌跡跟蹤效果；通過傾側(cè)反

5、轉(zhuǎn)調(diào)整航向，利用臨近目標(biāo)區(qū)域時的終端航向修正來減小不確定性造成的較大終端航向偏差，提高制導(dǎo)精度。
　　針對精確導(dǎo)引階段的不確定性及多約束下的導(dǎo)引問題，提出考慮不確定性的自適應(yīng)有限時間精確導(dǎo)引方法?；谟邢迺r間控制方法分別設(shè)計縱向?qū)б珊蛡?cè)向?qū)б?。通過擾動觀測器觀測由不確定性造成的擾動，并在導(dǎo)引律中對擾動進(jìn)行補償，提高存在不確定性時的導(dǎo)引精度。根據(jù)飛行狀態(tài)及剩余飛行時間在線自適應(yīng)調(diào)整導(dǎo)引律參數(shù)，保證攻角、側(cè)滑角、導(dǎo)引頭視場等滿足過

6、程約束，同時使視線角及其轉(zhuǎn)率在終端時刻收斂到期望值，保證終端約束的滿足、獲得較高的導(dǎo)引精度。
　　通過數(shù)值仿真驗證提出的制導(dǎo)方法，多種情況下的仿真結(jié)果表明，制導(dǎo)方法能適應(yīng)目標(biāo)固定以及飛行過程中變更目標(biāo)的飛行任務(wù)，滿足多種過程約束與終端約束，并且在存在大氣密度變化、氣動力系數(shù)變化、未知目標(biāo)加速度、未建模動態(tài)等多種不確定性的條件下獲得較高的制導(dǎo)精度。論文提出的制導(dǎo)方法是有效的，并且制導(dǎo)精度高于文獻(xiàn)給出的制導(dǎo)方法。論文的研究工作能為相關(guān)