基于动态面的高超声速飞行器模糊自适应控制方法研究

摘要

高超声速飞行器因其飞行马赫数高而著称。由于高超声速飞行器飞行速度快、突防能力强、可重复利用,因此无论在军事还是民用上都具有很高的研究价值。但是不容忽视的是,高超声速飞行器模型非线性程度高、耦合性强、不确定因素多,这为控制器设计制造了诸多难题,近年来也成为国内外研究的核心内容。在此背景下,本文针对高超声速飞行器模型,为了使其能够实现高度/速度以及姿态角的准确跟踪,依次展开了以下三方面的研究:
　　针对高超声速飞行器模型中参数摄动所引起的不确定问题,利用基于动态面的模糊自适应非线性方法,分别为高度和速度子系统设计了控制器。针对飞行器模型简化后的不确定函数项,通过模糊自适应方法进行在线逼近;而对于虚拟控制增益函数不确定可能造成的控制器奇异问题,则采用Nussbaum增益技术进行处理;最后为了避免对虚拟指令的反复复杂求导,应用动态面方法加以解决。稳定性分析说明了该控制方法可以保证系统的一致渐进稳定性。
　　针对由于参数摄动以及外界扰动所引起的不确定问题,以及在线自适应参数过多的情况,提出了基于ISS和小增益定理的模糊自适应鲁棒控制方法。对于模型简化后的不确定项,采用模糊系统来在线逼近,将建模等误差使用自适应来逼近它的界以在控制律中进行抵消,而跟踪误差z相关项使用?来刻画,最后针对所构成的互联系统使用输入-状态稳定以及小增益定理来进行稳定性分析,此法不仅可以避免控制器奇异,还可以将每一步的自适应参数成功地降为2个。稳定性分析说明了该控制方法可以保证系统的一致渐进稳定性。
　　针对姿态角模型中参数摄动以及输入扰动所引起的不确定,提出了基于扩张状态观测器的模糊自适应控制方法以跟踪给定姿态角指令。对于慢动态,使用模糊自适应来在线逼近其不确定项;而为了减轻计算负担,使用扩张状态观测器来在线观测快动态中的不确定项。在此基础上,使用动态面策略设计控制器,大大简化控制算法以避免“参数爆炸”现象。稳定性分析说明了此控制方法可以保证系统的一致渐进稳定性。

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第一章 绪论

1.1研究背景和意义

1.2高超声速飞行器控制方法的研究现状

1.3论文研究内容及结构

第二章 预备知识

2.1高超声速飞行器六自由度模型

2.2动态面和模糊自适应基本原理

2.3相关定义与定理

2.4本章小结

第三章 基于Nussbaum增益技术的高超声速飞行器控制研究

3.1问题描述

3.2高超声速飞行器纵向动力学模型

3.3控制器设计及稳定性分析

3.4仿真结果

3.5本章小结

第四章 基于ISS的高超声速飞行器非线性鲁棒自适应控制研究

4.1问题描述

4.2控制器设计及稳定性分析

4.3仿真分析

4.4本章小结

第五章 基于扩张状态观测器的高超声速飞行器姿态控制研究

5.1问题描述

5.2高超声速飞行器再入模型

5.3控制器设计及稳定性分析

5.4仿真分析

5.5本章小结

第六章 总结与展望

参考文献

发表论文和参加科研情况说明

致谢