高超聲速飛行器的非線性輸出反饋控制設(shè)計.pdf

1、采用超燃沖壓發(fā)動機(jī)的高超聲速飛行器由于采用機(jī)體/發(fā)動機(jī)一體化等設(shè)計技術(shù)，加上飛行環(huán)境的復(fù)雜多變，導(dǎo)致機(jī)體、推進(jìn)系統(tǒng)以及結(jié)構(gòu)動態(tài)之間的耦合很強(qiáng)，模型的非線性度很高；同時由于高超聲速飛行器飛行高度和飛行馬赫數(shù)跨度范圍大，使得飛行過程中氣熱特性和氣動特性劇烈變化；動力學(xué)模型存在大量的不確定氣動參數(shù)以及未知擾動，這些都極大影響飛行穩(wěn)定性和可靠性，給飛行器的飛行控制設(shè)計帶來了極大挑戰(zhàn)。
　　 本文主要針對高超聲速飛行器的縱向模態(tài)進(jìn)行速度與

2、高度跟蹤控制器的設(shè)計。首先分析了系統(tǒng)縱向模態(tài)運(yùn)動方程與動力學(xué)方程以及飛行器的飛動特性和氣熱特性。然后針對復(fù)雜模型采用反饋線性化方法對其進(jìn)行輸入/輸出線性化，進(jìn)而通過恰當(dāng)?shù)臄?shù)學(xué)變換，得到便于控制設(shè)計的動力學(xué)模型。
　　 根據(jù)變換后縱向模型，本文設(shè)計了一種非線性輸出反饋控制方法，在飛行器中只有速度和高度可測量的限制條件下，采用高增益觀測器來分別估計前面線性化過程中出現(xiàn)的速度和高度的各高階導(dǎo)數(shù)項；同時設(shè)計了基于徑向基神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的前饋控制

3、，以補(bǔ)償飛行器動力學(xué)模型中存在的部分不確定結(jié)構(gòu)與參數(shù)，從而提高跟蹤控制效果，可以看出在整個控制器的設(shè)計中所需要的關(guān)于飛行器模型的信息很少。文中應(yīng)用基于Lyapunov方法等穩(wěn)定性分析手段，證明了所設(shè)計的非線性輸出反饋控制策略能夠確保閉環(huán)系統(tǒng)信號有界，同時使得控制器實現(xiàn)半全局一致最終有界(SGUUB)跟蹤。最后通過仿真分析可以驗證所設(shè)計控制器使得飛行器具有良好的高度和速度跟蹤性能，并且對于系統(tǒng)中存在不確定性具有良好的魯棒性。