高超聲速橫向機(jī)動非線性控制算法及驗(yàn)證平臺設(shè)計.pdf

1、鑒于日趨緊張的國際形勢以及為滿足未來國防安全的需要，高超聲速飛行器(HSV）已成為各軍事大國的研究焦點(diǎn)，其在軍事領(lǐng)域和民用領(lǐng)域有著不可估量的戰(zhàn)略及應(yīng)用價值。高超聲速飛行器的橫向機(jī)動控制系統(tǒng)作為其飛行控制系統(tǒng)的重要組成部分，對提高其軍事生存能力起著至關(guān)重要的作用。然而，復(fù)雜的飛行環(huán)境、多變的干擾以及舵面偏轉(zhuǎn)飽和等問題，使得HSV再入橫向機(jī)動控制系統(tǒng)的設(shè)計充滿了挑戰(zhàn)。圍繞上述問題，本文開展了相應(yīng)的研究工作：
　　首先，建立高超聲速飛行

2、器再入機(jī)動數(shù)學(xué)模型。針對其強(qiáng)非線性、強(qiáng)耦合性和快時變的特點(diǎn)，參考BTT控制方式，通過對航跡和姿態(tài)角回路的控制實(shí)現(xiàn)了HSV的無側(cè)滑橫向機(jī)動轉(zhuǎn)彎飛行。
　　其次，針對機(jī)動過程中的不確定及干擾問題，本文提出改進(jìn)滑模干擾觀測器(ISMDO）來對參數(shù)不確定及外界干擾進(jìn)行估計，在此基礎(chǔ)上，提出了基于ISMDO的非線性廣義預(yù)測控制（NGPC）方法，將其應(yīng)用在高超聲速飛行器的橫向機(jī)動控制系統(tǒng)中，經(jīng)仿真驗(yàn)證，取得了良好的控制效果。
　　然后，

3、針對高超聲速飛行器再入機(jī)動過程中舵面偏轉(zhuǎn)飽和的問題，提出了外部anti-windup補(bǔ)償系統(tǒng)結(jié)合NGPC的控制策略來緩解或消除其對系統(tǒng)的不良影響。經(jīng)仿真驗(yàn)證，該方法確實(shí)能夠?qū)崿F(xiàn)對氣動舵面偏轉(zhuǎn)飽和的控制補(bǔ)償作用，進(jìn)而為高超聲速飛行器橫向機(jī)動飛行的順利進(jìn)行提供了保障。
　　最后，搭建了用于驗(yàn)證高超聲速飛行器控制算法的半實(shí)物仿真平臺。硬件上，完成了高超聲速飛行器實(shí)時仿真計算機(jī)、飛行控制計算機(jī)、監(jiān)控計算機(jī)與物理舵機(jī)的相互通信，構(gòu)成了硬件的