本文關(guān)鍵詞：近空間飛行器魯棒滑�？刂萍夹g(shù)　出處：《南京航空航天大學》2015年碩士論文　論文類型：學位論文

  更多相關(guān)文章： NSV 非線性系統(tǒng) 輸入飽和 神經(jīng)網(wǎng)絡 干擾觀測器 滑�？刂� backstepping遞推控制 動態(tài)面控制 容錯控制

【摘要】：近空間飛行器(Near Space Vehicle,NSV)具有機動性強,速度快以及氣動參數(shù)時變等特性,從而有效的非線性控制器可顯著提高其安全性與可靠性。然而,研究此類飛行器的非線性控制器將面臨諸多難點。NSV控制系統(tǒng)存在不可忽視的非線性特性,各個運動學方程間存在嚴重耦合關(guān)系。與此同時,各氣動參數(shù)和變量之間相互作用進一步加大控制器設(shè)計的難度。為了設(shè)計出具有高精度和強魯棒鎮(zhèn)定能力的控制器,需要在設(shè)計NSV控制系統(tǒng)時充分考慮系統(tǒng)結(jié)構(gòu)不確定性和未知外部擾動。盡管很多重要參數(shù)都可以從樣機試驗和高速風洞等模擬中獲得,但未知的真實飛行環(huán)境是無法完全事先預知。此外,控制系統(tǒng)的跟蹤性能也必須不斷提高與改進,以滿足NSV執(zhí)行各種特定任務時的性能要求。本文圍繞NSV的控制問題,給出了NSV的數(shù)學模型,并研究了NSV在具有外部干擾、參數(shù)攝動、輸入飽和以及舵機故障綜合影響下的姿態(tài)控制方法。論文主要研究內(nèi)容如下:首先,研究了NSV六自由度十二狀態(tài)飛行運動數(shù)學模型,為了后續(xù)研究方便,根據(jù)奇異攝動理論和時標分離原則給出了具有仿射非線性方程形式的NSV姿態(tài)運動模型方程。然后,研究了基于終端滑模干擾觀測器(TSMDO)的backsteeping姿態(tài)控制器。所設(shè)計的終端滑模干擾觀測器可在有限時間內(nèi)逼近NSV模型外部不確定干擾,且利用一階滑模微分器避免backstepping設(shè)計控制律時微分爆炸問題,通過李雅普洛夫方法嚴格證明了閉環(huán)系統(tǒng)的穩(wěn)定性。最后仿真數(shù)據(jù)表明,本文所給出的基于終端滑模干擾觀測器的自適應backstepping滑�？刂坡煽梢员ＷC存在外部干擾的多輸入多輸出NSV系統(tǒng)有滿意的跟蹤性和魯棒性。其次,研究了一類具有結(jié)構(gòu)不確定性及外部擾動的多輸入多輸出非線性系統(tǒng)的邊界層滑模控制方法并應用于NSV高精度姿態(tài)控制�？紤]NSV狀態(tài)方程參數(shù)攝動和復合干擾上界未知的情況,提出基于干擾觀測器的邊界層自適應滑�？刂破鲝亩窒麄鹘y(tǒng)滑�？刂浦蓄澱駥刂葡到y(tǒng)的影響,使跟蹤誤差趨近于零。同時,通過李雅普洛夫方法嚴格證明了閉環(huán)系統(tǒng)穩(wěn)定性。仿真結(jié)果表明,在系統(tǒng)參數(shù)攝動和干擾作用下能保證姿態(tài)控制的穩(wěn)定性。接著,研究了一種基于干擾觀測器的backstepping自適應動態(tài)面控制方法。針對具有外部擾動和輸入飽和的多輸入多輸出NSV系統(tǒng),提出一種新的Nussbaum干擾觀測器有效的處理了外部未知干擾和系統(tǒng)不確定性。此外,將濾波器與自適應動態(tài)面相結(jié)合來消除傳統(tǒng)滑�？刂浦械念澱瘳F(xiàn)象。對于執(zhí)行器存在的輸入飽和,引入輔助系統(tǒng)來抵消輸入飽和對閉環(huán)系統(tǒng)產(chǎn)生的影響。通過李雅普洛夫方法證明了閉環(huán)系統(tǒng)的所有信號半全局一致有界收斂,跟蹤誤差與干擾誤差都收斂到接近于零的一個小的鄰域里。仿真實例表明,在具有外部干擾及輸入飽和的情況下控制系統(tǒng)可以得到滿意的跟蹤性能。最后,給出了一種具有輸入飽和、外部干擾和舵機故障的NSV容錯滑�？刂品椒�。由于快慢回路系統(tǒng)中外部干擾的數(shù)量級遠遠大于系統(tǒng)不確定項的數(shù)量級,采用非線性干擾觀測器技術(shù)處理外部干擾;針對飛行器舵面飽和受限的問題,利用舵機偏轉(zhuǎn)角輸出上界設(shè)計控制律,確�？刂戚敵鲈诮o定范圍內(nèi);同時利用徑向基神經(jīng)網(wǎng)絡構(gòu)造一種補償器對舵機發(fā)生故障情況下進行容錯補償,進而解決NSV舵機故障問題。通過李雅普洛夫方法證明了閉環(huán)系統(tǒng)的所有信號半全局一致有界收斂。仿真結(jié)果表明,在具有外部干擾、輸入飽和及執(zhí)行器故障的情況下控制器可得到滿意的控制效果。
[Abstract]:......
【學位授予單位】：南京航空航天大學
【學位級別】：碩士
【學位授予年份】：2015
【分類號】：V249.1

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本文編號：1353023