[發(fā)明專利]干擾觀測變進(jìn)氣道高超聲速飛行器模糊協(xié)調(diào)控制方法

在審

• 申請?zhí)枺?/td>: 201910276521.2
• 申請日: 2019-04-08
• 公開（公告）號: CN110231774A
• 公開（公告）日: 2019-09-13
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 竇立謙;杜苗苗;蘇曉彤;馬秀俞;季春惠
• 申請（專利權(quán)）人: 天津大學(xué)
• 主分類號: G05B13/04
• 分類號: G05B13/04
• 代理公司: 天津市北洋有限責(zé)任專利代理事務(wù)所 12201
• 代理人: 劉國威

本發(fā)明涉及高超聲速飛行器控制，為提出用于存在外界干擾的變進(jìn)氣道高超聲速飛行器模糊系統(tǒng)的協(xié)調(diào)控制方法，本發(fā)明，干擾觀測變進(jìn)氣道高超聲速飛行器模糊協(xié)調(diào)控制方法，步驟如下：第一部分，變進(jìn)氣道高超飛行器的嚴(yán)反饋形式的轉(zhuǎn)化設(shè)計(jì)；第二部分，速度控制器?非線性干擾觀測器的設(shè)計(jì)；第三部分，高度控制器?非線性干擾觀測器的設(shè)計(jì)，使用非線性干擾觀測器對所設(shè)計(jì)的子系統(tǒng)控制器進(jìn)行補(bǔ)償，實(shí)時(shí)觀測干擾，增強(qiáng)所設(shè)計(jì)的子系統(tǒng)控制器的魯棒性。本發(fā)明主要應(yīng)用于高超聲速飛行器控制場合。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及高超聲速飛行器控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)領(lǐng)域發(fā)明，尤其涉及變進(jìn)氣道高超聲速飛行器的協(xié)調(diào)控制研究領(lǐng)域。具體講,涉及帶有干擾觀測器的變進(jìn)氣道高超聲速飛行器的模糊協(xié)調(diào)控制方法。具體涉及干擾觀測變進(jìn)氣道高超聲速飛行器模糊協(xié)調(diào)控制方法。

背景技術(shù)

高超聲速飛行器是指飛行速度大于5馬赫、在近空間飛行，集軌道戰(zhàn)斗機(jī)、空間飛行器，甚至衛(wèi)星空間站等各方面優(yōu)點(diǎn)于一身的飛行器，具有大空域、超高速、長距離的特點(diǎn)，能夠?qū)崿F(xiàn)全球快速精確的戰(zhàn)略打擊，是確保國家戰(zhàn)略安全的重要保障之一，具有飛行速度極高、運(yùn)行周期長、運(yùn)行性能穩(wěn)定、生存能力強(qiáng)等特點(diǎn)，已經(jīng)被廣泛應(yīng)用于軍事戰(zhàn)略、信息偵察、貨物的快速運(yùn)輸?shù)阮I(lǐng)域。超聲速飛行器的技術(shù)研究有很強(qiáng)的前瞻性、戰(zhàn)略性與帶動(dòng)性。高超聲速技術(shù)的發(fā)展將會(huì)對未來軍事發(fā)展戰(zhàn)略、空間技術(shù)、武器體系構(gòu)建乃至整個(gè)科學(xué)技術(shù)進(jìn)步產(chǎn)生重大影響。

然而，高超聲速飛行器采用超燃沖壓發(fā)動(dòng)機(jī)，其特有的機(jī)體/發(fā)動(dòng)機(jī)一體化結(jié)構(gòu)在減輕機(jī)體負(fù)擔(dān)的同時(shí)，也增大了模型的非線性程度，因此，設(shè)計(jì)合適的控制器對高超聲速飛行器系統(tǒng)進(jìn)行控制比較困難。另外，為了保證發(fā)動(dòng)機(jī)在高馬赫下發(fā)揮最佳性能，進(jìn)氣道的設(shè)計(jì)普遍采用定幾何進(jìn)氣道，其結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)只能夠在其設(shè)計(jì)點(diǎn)處保證飛行器的運(yùn)行性能，當(dāng)速度偏離設(shè)計(jì)點(diǎn)較大時(shí)，控制性能急劇下降，特別在低馬赫下，激波角增大，發(fā)動(dòng)機(jī)進(jìn)氣罩不能捕獲充足的氣流，限制了發(fā)動(dòng)機(jī)運(yùn)行。變幾何進(jìn)氣道的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)突破了這一局限，但是，關(guān)于變幾何進(jìn)氣道在控制領(lǐng)域的研究仍處于起步階段，存在的控制難點(diǎn)體現(xiàn)在以下幾個(gè)方面：(1)引入變幾何進(jìn)氣道結(jié)構(gòu)后會(huì)引起氣動(dòng)力的不確定性，尤其對推力產(chǎn)生的影響較大；(2)變幾何進(jìn)氣道結(jié)構(gòu)的引入會(huì)增大飛行器控制模型的非線性程度；(3)變幾何進(jìn)氣道控制與飛行控制的耦合影響，使得控制系統(tǒng)的復(fù)雜度大大增加；(4)在近空間的復(fù)雜環(huán)境中飛行控制時(shí)，外界干擾變化劇烈，導(dǎo)致飛行器系統(tǒng)的不確定性增強(qiáng)，飛行控制性能難以達(dá)到期望的控制效果。

因此，針對上述局限，本發(fā)明提出一種基于干擾觀測器的變幾何進(jìn)氣道高超聲速飛行器的模糊協(xié)調(diào)控制方法，基于該算法設(shè)計(jì)的控制器考慮了變進(jìn)氣道控制與飛行控制的耦合影響，突破了定進(jìn)氣道結(jié)構(gòu)下飛行控制不能滿足機(jī)動(dòng)性飛行的局限，實(shí)現(xiàn)飛行器的穩(wěn)定條件下機(jī)動(dòng)性的提高；此外，基于該算法設(shè)計(jì)的模糊2型控制系統(tǒng)，能夠?qū)τ煽梢苿?dòng)進(jìn)氣罩引入帶來的參數(shù)不確定項(xiàng)進(jìn)行逼近，簡化了控制律，設(shè)計(jì)非線性干擾觀測器對所設(shè)計(jì)的自適應(yīng)模糊2型控制器進(jìn)行補(bǔ)償，實(shí)時(shí)的觀測系統(tǒng)的干擾，顯著提高了變幾何進(jìn)氣道高超聲速飛行器在近空間復(fù)雜的飛行環(huán)境中穩(wěn)定飛行的能力，具有很強(qiáng)的魯棒性，提高了對于系統(tǒng)不確定性和干擾的觀測能力，有效增強(qiáng)系統(tǒng)的控制性能。

發(fā)明內(nèi)容

為克服現(xiàn)有技術(shù)的不足，本發(fā)明旨在提出一種用于存在外界干擾的變進(jìn)氣道高超聲速飛行器模糊2型系統(tǒng)的協(xié)調(diào)控制方法。為此，本發(fā)明采取的技術(shù)方案是，干擾觀測變進(jìn)氣道高超聲速飛行器模糊協(xié)調(diào)控制方法，步驟如下：

第一部分，變進(jìn)氣道高超飛行器的嚴(yán)反饋形式的轉(zhuǎn)化設(shè)計(jì)：將可移動(dòng)唇罩式變幾何進(jìn)氣道飛行器的縱向模型轉(zhuǎn)化為考慮干擾的嚴(yán)反饋形式，方便后續(xù)使用反步法進(jìn)行控制器的設(shè)計(jì)；

第二部分，速度控制器-非線性干擾觀測器的設(shè)計(jì)：基于非線性干擾觀測器，采用模糊2型邏輯理論對速度控制器進(jìn)行設(shè)計(jì)，其中，使用模糊2型邏輯系統(tǒng)對控制律中的不確定復(fù)雜項(xiàng)進(jìn)行在線逼近，達(dá)到簡化控制律的目的，并使用非線性干擾觀測器對所設(shè)計(jì)的自適應(yīng)模糊2型速度控制器進(jìn)行補(bǔ)償，達(dá)到實(shí)時(shí)觀測系統(tǒng)干擾的目的；