[發明專利]高超聲速飛行器Terminal滑?？刂破髟O計方法

有效

• 申請號: 201610154149.4
• 申請日: 2016-03-17
• 公開（公告）號: CN105653827B
• 公開（公告）日: 2020-03-13
• 發明（設計）人: 姬慶慶;楊祎;陳楠;石瑩;李晨宇
• 申請（專利權）人: 北京工業大學
• 主分類號: G06F30/20
• 分類號: G06F30/20
• 代理公司: 北京思海天達知識產權代理有限公司 11203
• 代理人: 沈波

本發明涉及高超聲速飛行器Terminal滑模控制器設計方法，Terminal滑模控制的優點是可以使在滑模面上的系統可以在有限時間內收斂。為了保持模型本身的非線性，并且給控制系統設計提供方便，文中采用輸入輸出線性化方法對模型進行了處理，之后，根據Terminal滑?？刂圃O計的要求重新選擇狀態變量并設計了非線性滑模面。之后為設計的Terminal非線性滑模面設計了滑模控制律，保證了系統能夠到達滑模面，并且證明了系統的穩定性。最后對所給出的控制律進行了仿真驗證，結果表明所設計的滑?？刂破髂軌驅崿F對高超聲速飛行器的有效控制。

技術領域

本發明涉及高超聲速飛行器Terminal滑模控制器設計方法，屬于航空控制器調節技術領域。

背景技術

高超聲速飛行器因其飛行速度快、機動性強、有效載荷大等優點受到世界各國的重視，成為下一代飛行器研發的重點。但由于飛行器本身采用機身發動機一體化設計，導致飛行器發動機狀態與飛行狀態互相耦合；并且高超聲速飛行器的飛行包線大，飛行情況復雜，其整體動力學模型存在嚴重的非線性，同時結構與參數的不確定性以及外部干擾也不可忽視，這使得經典的控制器設計方法難以設計出符合其強魯棒性、快速響應性等性能要求的控制器。

針對高超聲速飛行器的控制器設計問題，國內外展開了廣泛的研究，目前采用的方法有H_∞最優控制、模型參考自適應、線性變參數、自適應滑模控制等，高超聲速飛行器控制器的設計吸引了世界很多學者的目光。

滑模變結構控制因其本身對匹配不確定性以及外部干擾等的完全魯棒性而受到歡迎。針對高超聲速飛行器的縱向模型設計了自適應滑?？刂破?，證明了滑?？刂频挠行裕捎玫幕Ｃ鏋閭鹘y的線性滑模面，其狀態隨時間指數收斂，收斂速度難以滿足飛行器在高速飛行的條件下對響應快速性的要求。

發明內容

本方法將針對高超聲速飛行器的指令跟蹤問題進行研究，首先利用輸入輸出線性化的理論將飛行器動態模型進行線性化，采用Terminal滑模設計方法設計控制器，所設計滑模面為非線性的，使得系統的響應速度快，可以保證跟蹤誤差系統在有限時間內到達零點，從而保證了對指令信號的快速跟蹤。選擇線性的滑模面能夠確保系統軌跡在達到滑動模態階段以后，滑動模態的運動是漸進穩定的或者跟蹤誤差漸進的收斂到零，并且收斂速度是通過改變滑模面的參數矩陣來調節的，但是，線性滑模面的狀態跟蹤誤差不能夠在有限的時間內收斂到零。Terminal滑模的控制思想，通過將非線性項引入到滑模面的設計中，突破了以往線性滑模面的局限，使得系統的滑動模態變量能夠在“有限的時間內”收斂至平衡點。最初Terminal滑動模態是從Terminal吸引子而來。Venkatar-man S.T.等首先分析了Terminal滑模的設計問題，并將其應用到機器人系統當中，隨后Yu X.和man.Z.H.等針對SISO系統和MIMO系統，對Terminal滑模的控制問題進行了詳盡的研究。Wu.Y.Q.等還利用遞歸的方法深入討論了Terminal滑?？刂浦腥菀壮霈F的奇異問題。在本文中，我們將借鑒Terminal滑模的思想設計控制器，以保證高超聲速飛行器的狀態跟蹤誤差可以在有限時間內收斂。首先介紹一下Terminal的基本思想。

一階Terminal滑模中，一階Terminal滑模定義如下：

其中x為一標量，β＞0,p,q(p＞q)，且p,q為正奇數。無論x為任何實數，x^p/q的解必須為實數。

系統在滑模面上的動態性能為

給定任一初始狀態x(0)≠0，則系統將在有限時間內收斂到原點。求解方程(2)

可得系統從狀態x(0)到原點經歷的時間