本文關(guān)鍵詞：輸入受限的高超飛行器巡航段跟蹤控制研究　出處：《哈爾濱工業(yè)大學(xué)》2016年碩士論文　論文類型：學(xué)位論文

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【摘要】：高超聲速飛行器是指飛行速度在5倍聲速以上,以空氣動力為主要推進(jìn)手段的飛行器。與常規(guī)飛行器相比,具有高機(jī)動性、高速度、強(qiáng)突防能力等等特點(diǎn),這使得高超聲速飛行器的研究已成為國際航空航天領(lǐng)域的熱門方向之一。但由于高超飛行器一體化設(shè)計(jì)、飛行環(huán)境變化劇烈等特點(diǎn),其具有強(qiáng)非線性、強(qiáng)耦合性及快速時(shí)變性等難點(diǎn)。此外,高超飛行器的快速機(jī)動性往往需要大的控制動作實(shí)現(xiàn),極易導(dǎo)致控制器輸入飽和,如果不能恢復(fù)到線性工作區(qū),會導(dǎo)致飛行器失穩(wěn),甚至解體。因此,在控制器設(shè)計(jì)時(shí)必須要考慮輸入受限問題。本文在合理地推導(dǎo)、假設(shè)和簡化基礎(chǔ)上,建立了高超聲速飛行器縱向通道的剛體模型。由狀態(tài)微分方程可發(fā)現(xiàn)系統(tǒng)各狀態(tài)間具有嚴(yán)重的耦合。對縱向通道模型進(jìn)行小擾動線性化處理,對線性化后的系統(tǒng)進(jìn)行零極點(diǎn)分析,發(fā)現(xiàn)高超聲速飛行器的零極點(diǎn)與常規(guī)飛行器的零極點(diǎn)具有極大的不同,尤其是高超聲速飛行器具有不穩(wěn)定極點(diǎn),這導(dǎo)致高超飛行器控制系統(tǒng)的穩(wěn)定性受到嚴(yán)重影響。反饋線性化手段是處理高超飛行器一類高階、強(qiáng)耦合系統(tǒng)常用的方法。本文闡述了反饋線性化的基本概念與方法,并對高超聲速飛行器縱向模型進(jìn)行反饋線性化處理,最終得到速度三次微分、高度四次微分方程,使得控制輸入量顯含在微分后的方程中,方便了后續(xù)控制器的設(shè)計(jì)。本文在反饋線性化系統(tǒng)的基礎(chǔ)上分別設(shè)計(jì)了最優(yōu)控制器與滑�？刂破�。最優(yōu)控制器設(shè)計(jì)簡單,參數(shù)易調(diào),且可實(shí)現(xiàn)對速度、高度的跟蹤;而滑�？刂破髟O(shè)計(jì)時(shí),先未考慮輸入受限問題,選取了經(jīng)典的滑模面,設(shè)計(jì)了有限時(shí)間滑模趨近律,既保證了系統(tǒng)狀態(tài)快速收斂至滑模面,又避免了出現(xiàn)奇異現(xiàn)象,并且能較好地跟蹤速度、高度指令。然后針對輸入受限問題,設(shè)計(jì)基于滑模的抗飽和控制器,在保證新的控制系統(tǒng)穩(wěn)定并且跟蹤性能保持良好的基礎(chǔ)上,較好地解決輸入飽和問題。本文針對高超聲速飛行器縱向非線性模型,經(jīng)過合理假設(shè),將系統(tǒng)分為快慢兩個(gè)子系統(tǒng),在未考慮輸入受限的情況下,進(jìn)行反步控制器設(shè)計(jì),同時(shí)針對不確定性設(shè)計(jì)自適應(yīng)律,保證了系統(tǒng)具有較強(qiáng)的抑制干擾的能力。然后針對輸入受限問題,設(shè)計(jì)了抗飽和控制器,經(jīng)過理論分析及計(jì)算機(jī)仿真對比驗(yàn)證,發(fā)現(xiàn)帶有抗飽和器的自適應(yīng)反步控制器在保證新的控制系統(tǒng)穩(wěn)定并且跟蹤性能保持良好的基礎(chǔ)上,較好地解決輸入飽和問題。
【學(xué)位授予單位】：哈爾濱工業(yè)大學(xué)
【學(xué)位級別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2016
【分類號】：V249.1

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