高超声速飞行器姿态控制系统设计

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1、第28卷第8期计算机仿真2011年8月文章编号：1006—9348(2011)08—0033—04-__JL_Is．．--i同超声速飞行器姿态控制系统设计周春庆1，杨军1，凡国龙2，吕家旺1(1．西北工业大学航天学院．陕西西安710072；2．西北工业大学自动化学院，陕西西安710072)摘要：研究气动特性是飞行器姿态稳定性的保证，高超声速飞行器采用姿态控制有助于提高作战效能及生存能力。针对高超声速飞行器作战环境复杂，大气密度偏差大、力／力矩系数不准确造成气动参数偏蔗较大等特点，采用参数夺间方法来设计姿态控制系统。首先建市适用于姿态控制系

2、统的高超声速数学模型。在高超声速气动特性条件下，提出i刨路姿态稳定控制系统，根据参数空间方法的原理设计出各凹路控制器，最后进行仿真分析验证控制系统的性能。仿真结果表明当气动参数存在较大偏差时，采用基于参数空间法设计的高超声速姿态控制系统可以确保对指令的精确跟踪，并且具有较强的鲁棒稳定性。关键词：参数宅间方法；姿态控制系统；高超声速飞行器中图分类号：1了765．2文献标识码：BDesignofHypersonicVehicleAttitudeControlSystemZHOUChun—qin91，YANGJunl，FANGuo—lon92，

3、LVJia—wan91(1．CollegeofAstronautics，NorthwesternPolytechnicalUniversity，Xi'anShanxi710072，China；2．CollegeofAutomatics，NorthwesternPolyteehnicalUniversity，Xi’鲫Shanxi710072，China)ABSTRACT：Attitudecontrolsystemofhypersonicvehiclecsnimproveitscampaignefficiencyandsurvivalcapa

4、bili-ty．Inviewofthecomplicatedflightconditionsandgreatchangesofaerodynamicparametersofhypersonicvehicle，becausethedensityofatmosphere，thecoefficientofforceandmomentgreatchange，parameterspacemethodisusedtodesigntheattitudecontrolsystem．Inthismethod，themathematicmodelofatti

5、tudecontrolsystemisbuilt，andanattitudecontrolsystemisproposedbasedonthehypersonicaerodynamiccharacteristics．Thenparameterspacemeth—edisusedtocaculatethecontrollerparameters．Finally，performanceofcontrolsystemisvalidatedthroughsimula-tionanalysis．Theresetofsimulationshowsth

6、attheattitudecontrolsystemofhypersonicvehiclebasedonthepa-rameterspacemethodensuresthatitstrackingperformanceisaccurateandrobustwhengreatchangesofaerodynamicparametersexist．KEYWORDS：Parameterspacemethod；Attitudecontrolsystem；Hypersonicvehiclel引言高超声速飞行器一般是指飞行速度超过5倍声速的飞行器。由

7、于高超声速飞行器具有速度快、反应时间短、突防能力强等特点，能够有效地进行高空高速的侦察和突防，正在成为当今世界军事强国所广泛关注的焦点旧J。高超声速飞行器再入时的特殊而复杂的飞行环境导致了飞行器气动特性和气热特性的剧烈变化，使得高超声速飞行器模型对象中存有复杂的不确定性。作为飞行器控制系统组成的重要收稿日期：2010—05—25修回日期：2010一cr7一19部分，姿态控制对于提高飞行器的工作与作战效能及生存能力具有重要作用。针对高超声速飞行器上述这些特点，许多学者提出了不同的姿态控制系统设计方法，如预定增益控制、鲁棒自适应控制和模糊逻辑

8、控制方法等¨J。本文针对大气密度、力系数以及力矩系数等偏差造成的动力学系统线性参数不确定性。采用参数卒问方法设计姿态控制系统。首先建立参数偏差时高超声速飞行器数学模型，根据飞行器气动特性提出复