高超声速滑翔飞行器非线性变结构自适应控制.pdf

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1、第32卷第06期计算机仿真2015年06月文章编号：1006—9348(2015)06—0059—04高超声速滑翔飞行器非线性变结构自适应控制常莹莹，王小虎，何纯，曾宪法(北京控制与电子技术研究所，北京100038)摘要：研究高超声速滑翔飞行器稳定性优化控制问题，由于系统要求快速保持侧滑角为零，姿态控制系统需要有效解决飞行器航向通道与滚转通道协调耦合。但高超声速滑翔飞行器系统为非线性，在强耦合和外界干扰不确定性特点条件下，为保证系统的稳定性，需要一种变结构自适应的姿态控制设计方法。首先建立了高超声速飞行器姿态控制系统的非线性数学模型，然后把结构干扰力矩和外界扰动

2、等不确定的输入因素视为一类有界干扰，并提出了一种自适应变结构控制方法，保证系统闭环稳定的前提下，在线对不确定因素进行估计，并对控制方法进行Lyapunov稳定性分析，最后通过计算机仿真验证了改进方法具有良好的解耦控制效果，且在有外部干扰的情况下。系统能够很快的达到稳定。关键词：非线性；变结构；自适应；姿态控制中图分类号：TJ765．4+3文献标识码：BStudyonNonlinearVariableStructureAdaptiveControlLawforHypersonicGlidingVehicleCHANGYing—ying，WANGXiao—hu，HE

3、Chun，ZENGXian—fa(BeijingInstituteofControlandElectronicTechnology，Bering100038，China)ABSTRACT：Becauseitisdesiredtomaintainthatsideslipangleequalstozeroquickly，theattitudecontrolsystemneedstoeffectivelysolvethecoordinationcouplingofcraftheadingchannelandwilingchannel．Inordertoensureth

4、estabilityofthesystem，thispaperproposedastabilityoptimalcontrolapproachforthestabilitycontrolproblemofhypersonicglidevehicles．Firstly，anonlinearsimulationmodelwasestablishedaccordingtothefeaturesofhyperson-icglidevehicles．Secondly，structuremomentandexternaldisturbancewereregardedasac

5、lassofdisturbancewithboundary．Thirdly，theuncertainboundaryofstructuremomentanddisturbanceWasestimatedwiththismethodonthepremisethatthestabilizationofclose—loopsystemWasguaranteed，andLyapunovstabilityanalysiswerecarriedout．Atlast，numericalsimulationresultsverifythatthismethodhas900dde

6、couplingcontroleffect，andthesystemcanquicklyachievestabilitywithexternaldisturbance．KEYWORDS：Nonlinearsystem；Variablestructure；Adaptability；Attitudecontroll引言高超声速滑翔飞行器通常采用面对称升力体气动布局和B-I-I'控制方式，由于飞行速度高，飞行空域大，且空气密度变化大，其动力学的参数变化较一般飞行器模型更加剧烈，由于滑翔飞行器存在大的滚动速率，其各个通道之间存在较强的耦合，使飞行器控制系统成为一个同时具

7、有非线性、快时变性以及模型不确定性的复杂多变量对象，因此姿态控制系统应具有较强的稳定性、解耦及适应能力。传统的飞行控制系统设计方法是基于“小扰动理论”和收稿13期：2014—09—11修回日期：2014—10一10“固化系数”两个基本假设进行的¨’21。显然传统的线性化设计方法已不能满足这种要求。最近十几年来，人们不断努力研究各种非线性控制算法来提高高超声速滑翔飞行器的性能。对于存在模型不确定性和非线性强耦合的系统，滑模控制是一种有效的鲁棒控制方法¨‘51其特点为一旦系统进入滑模面，系统状态的转移就不再受系统参数与外界扰动的影响。因此，滑模控制系统的鲁棒性和不变

8、性成为它得到普遍重视和应