[發明專利]一種高超音速火箭車的速度和溫度欠驅控制方法

在審

• 申請號: 202210566835.8
• 申請日: 2022-05-23
• 公開（公告）號: CN115113522A
• 公開（公告）日: 2022-09-27
• 發明（設計）人: 宋曉娜;張其源;宋帥;楊春蕾;王新勇;莫凡;武娜娜;王雪梅
• 申請（專利權）人: 河南科技大學
• 主分類號: G05B13/04
• 分類號: G05B13/04
• 代理公司: 洛陽公信知識產權事務所(普通合伙) 41120
• 代理人: 孫亞麗

1.一種高超音速火箭車的速度和溫度欠驅控制方法，其特征在于，包括如下步驟：

S1、根據高超音速火箭車雙時標速度溫度系統的動力學模型，構建一個包含PDE溫度子系統和ODE速度子系統的一體化模型；所述ODE速度子系統用于描述高超音速火箭車的速度演化，所述PDE溫度子系統用于描述高超音速火箭車的溫度演化，且PDE溫度子系統中包含耦合的ODE速度子系統狀態；所述一體化模型中含有用于描述速度溫度雙時標現象的奇異攝動矩陣E(ε)；

S2、基于邊界量測策略構建一個改進的動態事件觸發機制；

S3、根據步驟S1得到的一體化模型和步驟S2得到的動態事件觸發機制設計只作用于ODE速度子系統的欠驅控制器，并利用設計的欠驅控制器對步驟S1得到的一體化模型進行控制，得到速度溫度閉環系統模型；

S4、確定高超音速火箭車雙時標速度溫度系統穩定的充要條件，并求解欠驅控制器增益矩陣k_1,j和k_2,j；

S5、將求解的控制器增益矩陣k_1,j和k_2,j帶入步驟S3所設計的欠驅控制器中，即實現欠驅控制器的設計；

S6、通過設計的欠驅控制器，將控制信號反饋到ODE速度子系統，以控制高超音速火箭車的運行速度，進而控制火箭車的溫度。

2.根據權利要求1所述的一種高超音速火箭車的速度和溫度欠驅控制方法，其特征在于：步驟S1的具體過程為：

S11、構建高超音速火箭車雙時標速度溫度系統的動力學模型；

S12、將動力學模型簡化為通用的奇異攝動耦合PDE-ODE模型，

S13、通過T-S模糊規則對奇異攝動耦合PDE-ODE模型里的PDE和ODE非線性項分別進行線性化處理，得到線性化的PDE溫度子系統和ODE速度子系統；

S14、通過引入變量ξ(s,t)將線性化的PDE溫度子系統和ODE速度子系統整合成一體化模型。

3.根據權利要求1所述的一種高超音速火箭車的速度和溫度欠驅控制方法，其特征在于：步驟S2中，采用邊界量測的方法，通過在被控對象的空間邊界處放置傳感器以量測高超音速火箭車的速度和溫度信息，并將量測的信息通過動態事件觸發機制進行處理。

4.根據權利要求3所述的一種高超音速火箭車的速度和溫度欠驅控制方法，其特征在于：步驟S2中構建的動態事件觸發機制能夠根據速度溫度系統的穩定情況自適應調整觸發程度。

5.根據權利要求1所述的一種高超音速火箭車的速度和溫度欠驅控制方法，其特征在于：步驟S4中，確定高超音速火箭車雙時標速度溫度系統穩定的充要條件，主要包括如下步驟：

S41、構建包含奇異攝動矩陣E(ε)的李雅普諾夫函數；

S42、確定李雅普諾夫函數的正定性；

S43、基于李雅普諾夫理論對構造的李雅普諾夫函數進行求導以分析速度溫度系統的穩定性；

S44、根據步驟S3得到的速度溫度閉環系統模型，引入自由權矩陣；

S45、基于Halanay不等式，并結合步驟S43和S44，得到高超音速火箭車雙時標速度溫度系統穩定的充要條件，并用不等式表示該充要條件；

S46、采用解耦方法對步驟S45得到的不等式中的非線性項進行線性化處理，即確定了高超音速火箭車雙時標速度溫度系統穩定的充要條件。

6.根據權利要求1所述的一種高超音速火箭車的速度和溫度欠驅控制方法，其特征在于：步驟S1中得到的一體化模型為：

其中，ξ_t表示速度溫度系統狀態對時間的偏導數，ξ_ss表示速度溫度系統狀態對空間的二階偏導數，ξ代表速度溫度系統狀態，表示奇異攝動矩陣，是經過T-S模糊規則線性化后的系數矩陣，是所設計的只作用于ODE速度子系統的欠驅控制器，h_i表示ODE速度子系統的隸屬度函數，表示PDE溫度子系統的隸屬度函數，r表示速度溫度系統的反應擴散系數，i,l∈{1,···,n}。

7.根據權利要求6所述的一種高超音速火箭車的速度和溫度欠驅控制方法，其特征在于：步驟S3中，設計的欠驅控制器為：

u＝k_1,jw(t_k)+k_2,jJ(1,t_k)

其中，k_1,j表示ODE速度子系統狀態的控制器增益矩陣，k_2,j表示PDE溫度子系統狀態的控制器增益矩陣，w(t_k)表示經過事件觸發機制后的ODE速度子系統狀態，J(1,t_k)表示經過事件觸發機制后PDE溫度子系統狀態。