自适应全程滑模变结构在轨迹跟踪上的应用

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1、2017年第4期导弹与航天运载技术No.42017总第354期MISSILESANDSPACEVEHICLESSumNo.354文章编号：1004-7182(2017)04-0059-05DOI：10.7654/j.issn.1004-7182.20170414自适应全程滑模变结构在轨迹跟踪上的应用王子瑜，李君，王海涛，宋敬群（北京宇航系统工程研究所，北京，100076）摘要：针对高超声速飞行器（hypersonicreentryvehicle,HRV）轨迹跟踪问题，提出一种自适应全程滑模变结构轨迹跟踪方法。首先，基于最优化理论设计全程滑模面，使系统的轨线一开

2、始便落在切换面上；其次，采用滑模变结构控制与自适应控制相结合的方法，根据辨识结果自动调整控制律，在保证稳定性的同时削弱抖振；最后，采用Lyapunov定理证明系统的稳定性，并在一定的干扰作用下，将所设计的跟踪算法进行数值仿真，通过与二次型调节器（linearquadraticregulator，LQR）跟踪算法进行比较，验证了控制器的有效性。关键词：高超声速飞行器；全程滑模变结构控制；自适应控制；最优化理论中图分类号：V448.235文献标识码：AApplicationofAdaptiveGlobalSlidingModeControlMethodinTraj

3、ectoryTrackingWangZi-yu,LiJun,WangHai-tao,SongJing-qun(BeijingInstituteofAstronauticalSystemEngineering,Beijing,100076）Abstract:Atrajectorytrackingguidancecontrollawisproposedbasedonthetheoryofadaptiveglobalslidingmodecontrol,whichcanhelpsolvetheproblemoftrajectorytrackingforHRV.Fir

4、stly,aglobalslidingmodesurfaceisdesignedbasedonoptimizationtheory,whichguaranteestheslidingmodemotionofthesystemlieontheslidingsurfaceatthebeginning.Secondly,anadaptivereachinglawisincorporatedtoestimatethesystemuncertainties,sothatthechatteringphenomenoniseffectivelyrelaxed.Finally

5、,therobustnessofthesystemisproofedbyLyapunovtheory.Numericalsimulationsdemonstratedthecapabilityandeffectivenessoftheproposedmethodundertheconditionofaerodynamicdataperturbations.Keywords:Hypersonicvehicle;Globalslidingmodecontrol;Adaptivecontrol;Optimizationtheory0引言LQR）设计了一个时变的反馈跟

6、踪控制器，通过同时临近空间飞行器具有飞行速度快、飞行空域广、调整攻角与倾侧角在不同的初始条件下完成了对高[4]响应时间快的特点，不但突防能力强，而且能够实现度、速度和弹道倾角的同时跟踪。但是这种方法一方快速机动部署，易于适应战场形势变化需要，近年来面对精确数学模型依赖性大，另一方面当气动参数等[1]备受各国关注，但是飞行器的气动特性和大气环境随发生较大变化时，鲁棒性较差。[2]着飞行状态的变化将发生较大的变化，成为跟踪控制滑模变结构控制（SlidingModeControl，SMC）系统设计面临的重要问题。再入制导分为两个部分：由于具有动态品质好、控制精度高、

7、鲁棒性强、干扰纵向标准轨迹的设计和轨迹跟踪。Harpold在阻力加速抑制能力强的优点，成为一种控制不确定系统的有效[5]度-速度平面设计了一个用于航天飞机的跟踪制导律，方法。从20世纪50年代苏联学者Emelyanov提出[3][6]通过仅调整倾侧角完成了对标准轨迹的跟踪，成为再变结构控制方案起，滑模变结构以其独特的优点，广[7,8]入制导发展史上的一个里程碑。泛应用于机器人、工业控制、航空航天等控制领域。为了进一步提高系统的自主、自适应以及鲁棒性，但是，控制系统对不确定性的鲁棒性仅体现在滑动模很多学者在轨迹跟踪方面做了大量的研究。Dukeman态阶段，而系统

8、在处于趋近模态阶段时，对系统参数利用线