高超声速飞行器的自适应容错控制

针对高超声速飞行器同时存在多源干扰和执行机构故障的问题,提出一种自适应容错控制策略,建立多源干扰和执行机构故障同时存在的飞行器模型.设计一种自适应可重构复合控制器,通过动态调节控制器参数补偿执行机构故障对姿态控制系统的影响.对多源干扰的上界进行估计,并结合双曲正切函数补偿多源干扰的影响,使得所设计的控制器在多源干扰和执...     

基于挠性吸气式高超声速飞行器的传感器容错控制

针对一类带有挠性的吸气式高超声速飞行器设计具有传感器容错能力的控制器。飞行器机体的刚性模态和挠性模态之间的强耦合作用不仅仅会直接影响到气动力和气动力矩,而且还会造成传感器的测量误差,尤其是给攻角测量带来加性扰动的影响,这给基于状态反馈控制器的设计带来了极大挑战。因此,为了解决这个问题,引入了比例积分型状态观测器,利用系统的输入和受干扰的输出重构出原系统的状态,然后利用重构的状态设计保性能控制器,在稳定该高超声速飞行器模型的同时,也使得给定的二次性能指标达到其最小的上界。本文的主要贡献在于成功地改进了传统意义上的状态反馈方法,并消除了因为挠性模态影响造成的传感器测量误差所带来的影响,这在实际工程中具有重要的意义。文章最后给出的仿真结果显示出了比例积分型状态观测器具有较好的动态性能,以及保性能控制器出色地完成了该模型高度和速度通道对指令信号的跟踪任务。     

基于跟踪微分器的高超声速飞行器反演控制

针对高超声速飞行器不确定模型,设计了一种基于跟踪微分器的反演控制器.引入跟踪微分器,在存在量测噪声的情况下,对弹道角和攻角进行有效重构.分别设计了基于动态逆的速度控制器和基于反演的高度控制器,并利用跟踪微分器解决了"项数膨胀"问题.为了保证控制器对模型参数摄动的强鲁棒性,设计了一种新型干扰观测器.仿真结果表明,所设计控制器鲁棒性强,并可提供良好的跟踪效果.     

吸气式高超声速飞行器控制研究综述

吸气式高超声速飞行器控制系统的任务是在飞行包线内通过发动机提供的推力改变飞行速度并利用气动舵面偏转调整飞行姿态,控制飞行器精确跟踪制导指令。通过探讨高超声速飞行器的动力学特性,从系统建模和控制策略研究两个方面对高超声速飞行器的控制系统设计研究现状进行了分析和阐述,所得结论可为相关研究提供借鉴与参考。     

吸气式高超声速飞行器反演自适应控制

针对吸气式高超声速飞行器纵向平面控制问题,提出一种反演自适应控制设计方法。将飞行器结构的弹性振动转化为运动方程中的不确定项,基于反演控制思想分别设计了速度和高度控制器。通过对模型中不确定项的上界进行自适应估计,消除弹性振动对控制系统的影响。引入滑模微分器对虚拟导数进行求解,避免出现传统反演控制中的虚拟导数计算量膨胀问题。仿真结果表明,所设计控制器能够在模型存在不确定的情况下实现对速度和高度参考输入的高精度稳定跟踪。     

高超声速飞行器的终端滑模姿态控制

针对具有高度非线性、强耦合、含较大不确定性特点的高超声速飞行器,设计了终端滑模控制器,并应用于高超声速飞行器的姿态控制中。对飞行器姿态控制系统的慢回路设计PID控制律,快回路设计终端滑模控制律。终端滑模控制对系统参数的变化不灵敏,具有良好的鲁棒性。并利用李雅普诺夫稳定性理论证明整个闭环系统的稳定性。仿真结果表明,在气动参数大范围摄动的情况下,该控制系统对于高超声速飞行器姿态角信号指令具有良好的跟踪性能。     

临近空间高超声速飞行器跟踪技术

介绍了临近空间及临近空间飞行器的特点,分析了临近空间高超声速飞行器的运动特性,提出了关于临近空间高超声速飞行器跟踪技术的几点思考。从跟踪传感器及跟踪算法两方面考虑,为跟踪技术研究提出几点可行性建议。     

基于LADRC的RBCC高超声速飞行器轨迹跟踪

为解决RBCC高超声速飞行器在不确定性强、制导控制量多且相互耦合情况下精确跟踪标称轨迹的难题,从易于工程应用角度出发,提出一种基于线性自抗扰控制的纵向轨迹跟踪制导方法。根据RBCC高超声速飞行器特点建立数学模型。在线性自抗扰控制基本原理的基础上,设计轨迹跟踪制导律。针对自抗扰控制中的Peaking现象,结合比例反馈制导,设计防Peaking制导切换策略。仿真结果表明,相较于传统比例反馈制导,在动态参数扰动和风干扰下,所提方法具有更精确的轨迹跟踪性能,对于各种内外不确定性具有更强的鲁棒性。     

高超声速飞行器的动态滑模飞行控制器设计

基于高超声速航空飞行器的纵向动力学,提出了一种基于动态滑模原理的飞行控制器。在将模型进行输入/输出线性化的基础上,构造辅助的滑模变量,求取了滑模控制量,实现了动态滑模控制的两阶段收敛。证明了传统滑模面以及辅助滑模面有限时间内的收敛特性,并给出了控制器参数所满足的条件。该方法对不连续的控制量输出加以积分作用,有效地降低了普通滑模控制器的抖振现象。在33 528 m高度和马赫数15的平稳巡航条件下的仿真研究表明：与普通滑模控制器相比,动态滑模有效降低了抖振,并且对参数不确定模型具有更好的鲁棒性。     

不确定参数摄动的高超声速飞行器滑模控制

针对系统内不确定性参数摄动的高超声速飞行器(Hypersonic Vehicles,HV)模型,考虑到传统气动系数简化模型无法真实反映飞行器的气动特性和高超声速下某些不确定性参数摄动的问题,提出了一种改进的气动系数模型,利用改进模型得到准确的气动系数参数,设计了一种基于某些不确定参数的模糊函数逼近的高超声速飞行器滑模控制器。应用模糊函数的强大函数逼近能力对不确定参数进行逼近,应用非线性最小二乘法对改进的气动系数模型进行参数辨识,并与滑模变结构控制结合,提高了系统的鲁棒性,并实现了对系统指令的稳定跟踪控制。仿真结果表明,飞行器在加入速度阶跃指令和高度阶跃指令后,系统能够保持稳定性,并对不确定性参数具有很强的鲁棒性。     

基于深度学习的高超声速飞行器再入预测校正容错制导

针对故障条件下高超声速飞行器的容错制导问题,提出一种基于深度学习的预测校正容错制导算法。在纵向制导律设计中,求解故障下满足配平要求的攻角剖面和升力、阻力系数;构建并训练输入端包含升力、阻力系数变化量的深度神经网络来预测落点,以避免传统预测校正制导算法中大量的积分运算;侧向制导采用基于航向角误差走廊的倾侧角反转逻辑;构造扩张状态观测器对气动参数变化量进行估计,实时输入深度神经网络。仿真结果表明,所设计的容错制导算法制导精度高、实时性好,且在故障和参数摄动条件下能实时解算出满足飞行要求的制导指令。     

针对高超声速飞行器的非线性动态逆最优控制

高超声速飞行器具有高度非线性,并且输入输出之间存有耦合.传统控制方案中的线性化处理方法有严重的局限性.采用状态反馈线性化方法对高超声速飞行器纵向模型输入输出线性化,并结合最优控制理论设计控制系统,以求提供满意的非线性解耦控制能力,维持良好的纵向稳定性能.基于某常用的高超声速飞行器模型的仿真研究表明该方案能够使飞行器有效...     

临近空间高超声速飞行器的直接力与襟翼复合滑模控制

为解决升力体构型再入高超声速飞行器的欠驱动强耦合问题,提出一种直接力与襟翼的复合滑模控制方案。再入式高超声速飞行器由于热防护要求以两片体襟翼控制俯仰、偏航和滚转3个通道,强气动耦合所引发侧滑角的持续高频大幅抖动将造成副翼控制量长时间处于饱和状态,进而导致控制系统失稳。为抑制侧滑角的抖动并使其快速收敛,在偏航通道引入一对具有开关特性的侧喷发动机,将系统构建为一个复合控制系统,并基于线性二次型最优控制与滑模控制理论分别为襟翼和侧喷发动机设计了控制律。在两种指令跟踪情形下将复合控制与常规襟翼控制方案进行仿真对比。仿真结果表明,新的复合控制系统能有效地抑制偏航通道的抖振现象,且使侧滑角快速收敛,同时能够使攻角与滚转角快速稳定地跟踪制导指令。     

高超声速飞行器发展困境分析

介绍了高超声速技术的一些基本概念。在此基础上,说明了不同高超声速飞行器经历的不同飞行环境,以及不同的热防护系统需求。阐述了高超声速技术的发展历程,对推动高超声速技术发展的不同飞机和导弹技术进行了概括。根据当前高超声速飞行器发展现状,分析了高超声速飞行器的发展瓶颈。     

临近空间高超声速飞行器建模与控制研究进展

临近空间飞行器的发展涉及国家安全与空间和平利用,是目前国际空间技术发展的焦点之一。本文介绍了高超声速飞行器的发展及其建模与飞行控制的研究现状和进展,分析了高超声速飞行器动力学特性、耦合特性以及各种不确定性问题,提出了高超声速飞行器建模与控制的解决思路,为相关研究提供借鉴与参考。     

临近空间高超声速飞行器自适应反演滑模控制

针对飞行器非线性动力学系统中存在的高度非线性、多变量耦合及参数不确定等特点,基于反演思想和滑模变结构控制方法,提出了一种飞行器自适应反演滑模控制器设计方法。该方法在反演设计的每一步都采用自适应滑模控制对各种不确定项及外界干扰进行补偿,避免了累积误差,实现对制导指令的鲁棒输出跟踪,并证明了跟踪误差收敛于原点附近任意小邻域。仿真结果验证了该方法满足跟踪性能要求。     

基于自适应滑模控制的高超声速巡航飞行器攻角控制律设计

针对临近空间高超声速巡航飞行器动力系数变化大、攻角要求精确控制的特点,设计了一种自适应滑模变结构攻角控制律。该控制律采用内外环结构,内环通过俯仰角速率反馈提高系统的阻尼、改善动态过程品质,外环控制飞行攻角,用自适应算法调节滑模控制器的控制参数来逼近时变系统参数的上界同时消除外界干扰。仿真研究表明,所设计的攻角控制律响应快、稳态误差小,具有良好的跟踪性能和鲁棒性能。     

高超声速飞行器LPV鲁棒变增益控制

针对高超声速飞行器模型的非线性姿态控制问题,提出了一种LPV鲁棒变增益控制方法。对建模误差和测量误差中的可确定信息进一步提取,描述高超声速飞行器内在的非线性和时变特性,建立了参数不确定的LPV系统模型;通过求解线性矩阵不等式的凸优化问题,设计了具有自调节法则的鲁棒变增益控制律,可以有效地抑制不确定性和参数快速变化的影响,并具有良好的动态性能;通过仿真验证了控制律的有效性和鲁棒性。     

美国考虑研制高超声速飞行器

美国国防高级研究计划局正在探索是否着手研制可在高层大气层中“跳跃”飞行的高超声速可重复使用飞行器。这种飞行器能在 2h内飞行 2 0 0 0km ,将军用有效载荷运送到世界任何地方。这种飞行器装备武器后可实施远程快速打击 ,同时也可兼作两级入轨发射装置的第一级。这一概念并不是新近提出的 ,劳伦斯 利弗莫尔国家实验室的工程技术人员早在几年前就萌发了这一设想 ,他们认为在大气层中跳跃飞行是扩大飞行器航程的有效方法。在经过几年的深思熟虑后 ,国防高级研究计划局似乎准备把这一概念从图纸转变成演示器。这种高超声速飞行器称作Hype…     

基于扰动观测器的高超声速飞行器递阶滑模控制

针对存在扰动、执行机构死区非线性以及系统不确定性的高超声速飞行器巡航飞行纵向通道模型,提出了带有新型非线性扰动观测器的递阶滑模控制器。递阶滑模控制器采用多层终端滑模面的回归结构,能够保证系统跟踪误差在有限时间内收敛到0. 将执行机构的死区非线性简化为输入的未知扰动,对于系统中存在的由扰动和不确定性产生的复合扰动,设计了新型非线性扰动观测器,补偿作用避免了通过增大系统增益提高控制系统抗扰动性能,同时观测器可以对死区非线性产生的系统扰动进行观测,消除死区非线性对控制系统的影响。理论证明了观测值误差为渐进收敛。基于Lyapunov理论对带有扰动观测器的综合控制系统进行稳定性证明。理论分析和仿真结果表明,该控制策略对高超声速飞行器具有较好的控制作用。