近空間飛行器魯棒自適應(yīng)滑模控制.pdf

1、近空間飛行器(Near Space Vehicle，NSV)是世界各強國優(yōu)先發(fā)展、重點研制的新型飛行器，其飛行空域、工作狀態(tài)、任務(wù)模式都與傳統(tǒng)飛行器有顯著區(qū)別，在國防和民用方面均具有重大的戰(zhàn)略價值。近空間飛行器控制系統(tǒng)設(shè)計是近空間飛行器基礎(chǔ)科學(xué)問題研究的重要分支，關(guān)系著飛行器的安全和任務(wù)的實現(xiàn)，是一項意義重大但又富有挑戰(zhàn)的課題。圍繞這一問題，基于滑模控制方法，本文在近空間飛行器魯棒自適應(yīng)控制方面開展了一些研究工作，取得了以下一些成果：<

2、br>　　 針對傳統(tǒng)滑模存在抖振的問題，提出近空間飛行器高階動態(tài)滑模控制方案。基于李代數(shù)，給出高階動態(tài)滑模(Higher-Order Dynamic Sliding Mode，HODSM)定義和任意階系統(tǒng)的高階動態(tài)滑模的設(shè)計步驟和基本思想。設(shè)計慢回路二階動態(tài)滑?？刂破骱涂旎芈芬浑A動態(tài)滑?？刂破鳌＝?jīng)過積分消除了抖振，同時避免了慢回路控制器中的符號函數(shù)求導(dǎo)引起快回路控制器奇異。采用自適應(yīng)律在線估計復(fù)合干擾的上界，根據(jù)所得上界設(shè)計控制器補償

3、項。嚴(yán)格證明了近空間飛行器系統(tǒng)的閉環(huán)穩(wěn)定性。
　　 針對近空間飛行器受到劇烈外干擾的情況，提出兩種基于干擾觀測器的動態(tài)滑?？刂品桨?。放寬了非線性干擾觀測器的限制條件，使其適用于任意頻率干擾的估計，并給出了估計誤差的解析式。證明了模糊干擾觀測器輸出的導(dǎo)數(shù)在任意條件下均有界。采用干擾觀測器在線逼近復(fù)合干擾，將估計值反饋給動態(tài)滑?？刂破鲗SV實時補償。對于干擾觀測器的估計誤差，以自適應(yīng)律在線獲得其上界，在控制器中設(shè)計相應(yīng)的補償項。該

4、方案魯棒性強、提高了控制精度、改善了穩(wěn)態(tài)階段的控制效果，具有較大的工程意義。
　　 采用Terminal吸引子函數(shù)取代高階滑模微分器中不連續(xù)符號函數(shù)，使微分器輸出信號光滑。給出了滑模微分器在待微分信號無干擾和有干擾兩種不同環(huán)境中的估計誤差解析式。提出參數(shù)設(shè)定和階次調(diào)整兩種手段減小估計誤差。相對傳統(tǒng)的大增益方案，新方案在理論和實驗中均表現(xiàn)出明顯的優(yōu)勢。進一步在高階滑模微分器每一層滑模面中增加一線性項，加快了滑模面在誤差遠(yuǎn)離平衡點階

5、段的收斂速度，并給出估計誤差解析式。將改進的微分器用于近空間飛行器動態(tài)滑模控制，取得更好的控制效果。
　　 針對近空間飛行器轉(zhuǎn)彎過程中升力損失的問題，采用協(xié)調(diào)補償攻角的方式保證升力和重力的平衡，避免飛行高度持續(xù)下降。采用改進的高階滑模微分器獲取已知狀態(tài)的任意階微分估計值，再以恰當(dāng)階次的狀態(tài)微分估計值之差，得到非匹配不確定復(fù)合干擾項及其微分的估計值，為避免控制系統(tǒng)中出現(xiàn)邏輯矛盾，對最后一個子系統(tǒng)的復(fù)合干擾的獲取提出了三種方案。逐次

6、證明了復(fù)合干擾任意階次微分的估計誤差總可以通過選擇設(shè)計參數(shù)使其任意小。將該方案用于NSV協(xié)調(diào)轉(zhuǎn)彎控制，取得了理想的結(jié)果。
　　 針對近空間飛行器對控制器快速靈敏的要求，設(shè)計了基于高階滑模微分器的近空間飛行器遞階Terminal滑?？刂破?，大大加快了靠近平衡點論域內(nèi)的系統(tǒng)收斂速度。采用高階滑模微分器作為間接干擾估計器獲取未知復(fù)合干擾及其微分的估計值。為避免非線性項高階微分后引起控制器奇異，采用限幅方法避免控制器中滑模面無窮大，保證

7、控制器輸出有界。證明了上述方案下的NSV協(xié)調(diào)轉(zhuǎn)彎控制誤差可任意小。
　　 進一步提出冪次型快速Terminal滑模。通過對快速Terminal滑模線性項的冪次型改造，使得任意點處，冪次型快速Terminal滑模收斂速度均快于快速Terminal滑模。給出兩種具體的冪次型快速Terminal滑模，求解了從任意初始點出發(fā)收斂到0點的時間，并獲得冪次型快速Terminal滑模收斂的時間上界。探討了冪次型Terminal滑模設(shè)計的一般原