發(fā)布時間：2020-06-09 05:37

【摘要】：針對各類飛行器的研究中,高超聲速飛行器在飛行速度、隱蔽性等方面具有優(yōu)勢,使其成為臨近空間飛行技術(shù)的主要研究對象。與傳統(tǒng)飛行器相比,高超聲速飛行器采用的機體/發(fā)動機一體化設(shè)計,使其在推進系統(tǒng)以及動態(tài)結(jié)構(gòu)之間存在著強耦合、非線性等特性。同時,由于近空間環(huán)境的復(fù)雜性,如何在未知擾動影響下設(shè)計具有滿意性能的控制器受到了自動控制領(lǐng)域的廣泛關(guān)注。論文以NASA的Langley研究中心公布的高超聲速飛行器模型作為研究對象,充分考慮外部干擾的影響,基于智能化擾動建模方法和干擾觀測器設(shè)計方案,設(shè)計了一系列可行的抗干擾控制算法并系統(tǒng)分析了模型的動態(tài)性能。論文主要內(nèi)容如下:(1)討論高超聲速飛行器縱向模型建模過程,在此基礎(chǔ)上研究基于T-S擾動建模的抗干擾跟蹤控制算法。利用小擾動線性化方法,在飛行包線內(nèi)的某一平衡點獲取線性化模型,驗證通用高超聲速飛行器模型的合理性。考慮外部干擾對系統(tǒng)性能的影響,利用T-S模糊模型進行擾動建模,設(shè)計干擾觀測器實現(xiàn)對未知不規(guī)則干擾的估計。進一步,設(shè)計基于PI控制輸入與干擾觀測值的復(fù)合控制器,結(jié)合凸優(yōu)化理論,完成對干擾的動態(tài)補償,保證系統(tǒng)的穩(wěn)定性和動態(tài)跟蹤性能。(2)研究基于神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)擾動建模的高超聲速飛行器線性模型抗干擾跟蹤控制問題。引入帶有可調(diào)參數(shù)的神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)模型對不規(guī)則擾動進行建模,在此基礎(chǔ)上設(shè)計干擾觀測器對未知干擾進行估計。進一步,結(jié)合所設(shè)計的自適應(yīng)參數(shù)調(diào)節(jié)算法和凸優(yōu)化理論,計算PI控制器增益和干擾觀測器增益,實現(xiàn)對不規(guī)則干擾的估計和抵消。基于Lyapunov分析方法,證明高超聲速飛行器在干擾影響下具有良好的穩(wěn)定性能和動態(tài)跟蹤性能。最后,仿真算例驗證了神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)模型對不同干擾的建模能力,并保證飛行器線性模型具有良好的動態(tài)性能。(3)研究基于動態(tài)神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)辨識的高超聲速飛行器縱向模型抗干擾跟蹤控制問題。為了克服擾動線性化引起的建模誤差大的缺點,直接考慮帶有非線性項的高超聲速飛行器縱向模型。在此基礎(chǔ)上,引入動態(tài)神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)模型對其進行辨識,分別設(shè)計非線性擾動觀測器與自適應(yīng)控制算法,計算觀測器增益,同時完成對飛行器模型的辨識以及對外部干擾的估計。進一步,結(jié)合Nussbaum函數(shù)設(shè)計跟蹤控制器,構(gòu)造相應(yīng)的Lyapunov函數(shù),驗證動態(tài)模型具備良好的辨識性能和動態(tài)跟蹤性能。最后,仿真算例表明所提算法的可行性和有效性。
【圖文】：

逡逑圖１．１邋Ｘ－４３Ａ外形圖邐圖１．２邋Ｘ－４３Ａ發(fā)射模擬圖逡逑代號Ｘ－４３Ａ為Ｈｙｐｅｒ－Ｘ計劃的第一個無人高超聲速飛行器的驗證機，它的機身長度為逡逑３．６ｍ，翼展寬度為１．５ｍ，質(zhì)量大約為Ｉｔ，采用液氫作為燃料，推進系統(tǒng)采用雙模態(tài)超燃沖逡逑壓發(fā)動機。它的優(yōu)點能夠在稀薄的大氣中獲取氧氣，從而保證推進系統(tǒng)的正常工作［１３］。逡逑２０１０年５月，由美國波音公司研制的Ｘ－５１Ａ乘波體高超聲速巡航導(dǎo)彈成功升空最高飛行逡逑速度達(dá)到了邋５Ｍａｃｈ，并且超燃沖壓發(fā)動機運行了大約２００秒。Ｘ－５１Ａ的機身長約４．３ｍ，質(zhì)逡逑量大約為７２０ｋｇ。Ｘ－５１Ａ的最初目標(biāo)是檢驗超燃沖壓發(fā)動機技術(shù)，而發(fā)展一小時攻擊地球逡逑

蘭利研究中心牽頭，按照試飛計劃和任務(wù)不同，分為Ｘ－４３Ａ、Ｘ－４３Ｂ、Ｘ－４３Ｃ、Ｘ－４３Ｄ四逡逑個型號。逡逑圖１．１邋Ｘ－４３Ａ外形圖邐圖１．２邋Ｘ－４３Ａ發(fā)射模擬圖逡逑代號Ｘ－４３Ａ為Ｈｙｐｅｒ－Ｘ計劃的第一個無人高超聲速飛行器的驗證機，它的機身長度為逡逑３．６ｍ，翼展寬度為１．５ｍ，質(zhì)量大約為Ｉｔ，采用液氫作為燃料，，推進系統(tǒng)采用雙模態(tài)超燃沖逡逑壓發(fā)動機。它的優(yōu)點能夠在稀薄的大氣中獲取氧氣，從而保證推進系統(tǒng)的正常工作［１３］。逡逑２０１０年５月，由美國波音公司研制的Ｘ－５１Ａ乘波體高超聲速巡航導(dǎo)彈成功升空最高飛行逡逑速度達(dá)到了邋５Ｍａｃｈ，并且超燃沖壓發(fā)動機運行了大約２００秒。Ｘ－５１Ａ的機身長約４．３ｍ，質(zhì)逡逑量大約為７２０ｋｇ。Ｘ－５１Ａ的最初目標(biāo)是檢驗超燃沖壓發(fā)動機技術(shù)，而發(fā)展一小時攻擊地球逡逑
【學(xué)位授予單位】：揚州大學(xué)
【學(xué)位級別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2018
【分類號】：V448

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本文編號：2704240