[發明專利]基于動態控制面的高超音速時滯補償的控制器的設計方法

在審

• 申請號: 201811457023.X
• 申請日: 2018-11-30
• 公開（公告）號: CN109557813A
• 公開（公告）日: 2019-04-02
• 發明（設計）人: 周洪成
• 申請（專利權）人: 金陵科技學院
• 主分類號: G05B13/04
• 分類號: G05B13/04
• 代理公司: 南京眾聯專利代理有限公司 32206
• 代理人: 蔣昱

基于動態控制面的高超音速時滯補償的控制器的設計方法，針對作動器有時滯的高超聲速飛行器姿態運動系統方程式，當利用DSC方法對其設計跟蹤控制器式時，系統是畢竟穩定的，即AHV能夠跟蹤給定的指令至一個任意小的誤差范圍，并且角速率信號有界。本發明提供基于動態控制面的高超音速時滯補償的控制器的設計方法，本申請將信號傳輸及作動器動態引起的時滯效果抽象為純粹的輸入含時滯。為了處理這種輸入含時滯的非線性系統問題，采用含補償器控制方法。在DSC的基礎上，與時滯補償相結合就得到了相應輸入含時滯的高超聲速飛行器氣流姿態角控制方法。

技術領域

本發明涉及飛行器控制器領域，特別是涉及基于動態控制面的高超音速時滯補償的控制器的設計方法。

背景技術

高超聲速飛行器具有強非線性、快時變性、強耦合等特性，為了實現對其飛行的有效控制，首先需要實現對其氣流姿態角的精確控制。由于高超聲速飛行器飛行速度極高，發動機對氣流角敏感，要求對控制的實時性引起足夠的重視。考慮由飛行器系統信號傳輸和作動器動態引起的輸入時滯并補償其產生的不利影響，實現含輸入時滯的高超聲速飛行器氣流角及繞速度滾轉角的跟蹤控制。

針對含時滯的系統，人們進行了大量的研究。主要將其分為狀態時滯(離散時滯)，中立時滯，輸入時滯和測量含時滯等類型，也包括一個系統含多種類型時滯的情況。在各類情況中，輸入含時滯問題是最難以解決的。盡管對于線性系統，輸入含時滯已經有了大量的研究，并提出了基于模型變換或者魯棒性等方法，但是對于輸入含時滯的非線性系統則研究甚少，只有很少的研究結果。其中尤為值得注意的是，最近Krstic等提出的時滯補償算法。這種方法主要針對輸入時滯非線性系統，同時也可以處理狀態含時滯的系統及二者的復合。由于采用附加補償器的方式，使得這種方法適用的對象系統類型相當廣泛，并且可以通過復合的方式將輸入時滯補償與針對系統不確定性等其他問題的所設計的控制器緊密結合起來。

發明內容

為了解決上述存在的問題，本發明提供基于動態控制面的高超音速時滯補償的控制器的設計方法，本申請將信號傳輸及作動器動態引起的時滯效果抽象為純粹的輸入含時滯。為了處理這種輸入含時滯的非線性系統問題，采用含補償器控制方法。在DSC的基礎上，與時滯補償相結合就得到了相應輸入含時滯的高超聲速飛行器氣流姿態角控制方法，為達此目的，本發明提供基于動態控制面的高超音速時滯補償的控制器的設計方法，具體方法如下，其特征在于：

控制器在設計每層子系統的虛擬控制律之后，利用如下一階低通濾波器L(s)對虛擬指令進行濾波，濾波器L(s)的狀態方程如下，

其中，τ為濾波器時間常數，u為已經設計好的虛擬指令，每層子系統產生的虛擬指令通過這個τ已知其系統初始狀態為零的濾波器產生相應的輸出，在設計下一個子系統時用濾波器的輸出量代替虛擬控制律，并用代替虛擬指令的導數，當虛擬指令出現不連續等非利普希茲情形時獲得其導數；

將動態面控制方法應用于AHV的姿態跟蹤控制，至此得到標稱系統的控制器；

將其轉換為針對輸入含時滯情況下的時滯補償控制器，需要標稱系統滿足前面指出的假設，并且標稱反饋控制器使閉環系統對于附加輸入或者外部干擾滿足一定的穩定性要求；假設1.1：針對高超聲速飛行器的姿態運動系統方程式，當D(t)＝0時，利用DSC方法對其進行變換之后，系統是前向完備的；

在加入DSC之后的誤差系統，包括跟蹤誤差和邊界層誤差的動態，定義各誤差如下，其中e₁和e₂為參考指令和濾波后虛擬指令的跟蹤誤差，而e₃為濾波器輸入輸出信號的跟蹤誤差，即邊界層誤差；

e₁＝x₁-x_1d，

上述定義的三個誤差狀態的動態如下：