高超聲速飛行器建模與軌跡跟蹤控制方法.pdf

1、高超聲速飛行器是一種不同于傳統(tǒng)航空航天器的特殊飛行器，具有飛行速度高的突出特點。與其相關(guān)的高超聲速技術(shù)的不斷發(fā)展必定對未來的軍事武器領(lǐng)域和民用商業(yè)領(lǐng)域產(chǎn)生重要深遠(yuǎn)的影響。高超聲速飛行器飛行環(huán)境復(fù)雜，采用細(xì)長形狀的整體結(jié)構(gòu)設(shè)計，分析表明高超聲速飛行器的開環(huán)動力學(xué)特性不穩(wěn)定，且其剛體動力學(xué)與結(jié)構(gòu)動力學(xué)之間存在嚴(yán)重的耦合，還存在著各種不可知的不確定因素。
　　本文詳細(xì)推導(dǎo)了高超聲速飛行器的一般模型，其中包括剛性動力學(xué)和彈性模態(tài)坐標(biāo)動力學(xué)

2、部分，保留一般模型的彈性模態(tài)坐標(biāo)方程并做適當(dāng)簡化，在一組平衡點處進(jìn)行線性化求出了系統(tǒng)的傳輸零點和極點，根據(jù)傳輸零點和極點分布分析了飛行器的動力學(xué)特性。
　　對高超聲速飛行器剛體模型進(jìn)行輸入輸出線性化處理，得到了解耦的線性模型，采用得到的線性模型分別設(shè)計了基于極點配置方法和基于LQR最優(yōu)控制方法的動態(tài)逆控制策略。在不存在擾動的情形下的數(shù)值仿真表明兩種動態(tài)逆控制方法能實現(xiàn)軌跡跟蹤控制目的。同樣針對軌跡跟蹤控制問題，設(shè)計了常規(guī)積分滑模，

3、常規(guī)滑模，有限時間積分滑模，二階終端滑模方法，仿真表明有限時間積分滑?？刂茖_動具有一定的的魯棒性，二階終端滑?？刂票瘸Ｒ?guī)滑模控制具有更快的調(diào)節(jié)速度和更高的控制精度。針對擾動情形，進(jìn)一步設(shè)計了滑模擾動觀測器進(jìn)行估計，最終設(shè)計了帶滑模擾動觀測器的二階終端滑?？刂破?，在有擾動情形下，通過與不帶滑模擾動觀測器情況的仿真對比，表明帶滑模擾動觀測器的二階終端滑?？刂品椒ū炔粠У臅r候的軌跡跟蹤精度更高，調(diào)節(jié)速度更快。
　　考慮彈性振動減弱控制