[发明专利]一种挠性高超声速飞行器的精细抗干扰跟踪控制器

权利要求书

1.一种挠性高超声速飞行器的精细抗干扰跟踪控制器，其特征在于包括以下步骤：

(1)基于机理建立挠性高超声速飞行器的纵向模型，其中考虑了飞行器推进器模型以及由于飞行器弹性形变引起的弹性模态与俯仰力矩之间的耦合关系；

(2)基于第一步的纵向模型，首先建立面向控制的标称模型，然后把弹性模态看作干扰并建立弹性模态干扰模型，最终结合以上两个模型并考虑测量误差、参数不确定以及外部干扰等建立挠性高超声速飞行器的非线性多源干扰系统模型；

(3)根据第二步中的多源干扰系统模型设计非线性干扰观测器估计弹性模态干扰，并求取非线性干扰观测器增益；

(4)基于第三步中的非线性干扰观测器构造精细抗干扰动态逆复合跟踪控制器，其中干扰观测器主要估计并补偿弹性模态干扰，动态逆控制器负责完成飞行器飞行高度和飞行速度跟踪任务，并抑制干扰观测器未能补偿的剩余干扰。

2.根据权利要求1所述的一种挠性高超声速飞行器的精细抗干扰跟踪控制器，其特征在于：所述步骤(1)的挠性高超声速飞行器纵向模型为：

h·=Vsin(θ-α)V·=Tcosα-Dm-gsin(θ-α)α·=-L+TsinαmV+Q+gVcos(θ-α)θ·=QQ·=(M+ψ~1η··1+ψ~2η··2)/Iyyk1η··1=-2ζ1ω1η·1-ω12η1+N1+ψ~1M/Iyy+ψ~1ψ~2η··2/Iyyk2η··2=-2ζ2ω2η·2-ω22η2+N2+ψ~2M/Iyy+ψ~1ψ~2η··1/IyyΦ··=-2ζωΦ·+ω2Φ+ω2Φc]]>

其中g＝μ/(R_e+h)²；k1=1-ψ~12Iyy,]]>ψ~1=∫-Lf0m^fξφf(ξ)dξ;]]>k2=1-ψ~22Iyy,]]>ψ~2=∫0Lam^aξφa(ξ)dξ;]]>h为飞行器的飞行高度；V为飞行器的飞行速度；α为攻角；θ为俯仰角，Q为俯仰角速度，为俯仰角加速度；T、L、D和M分别为飞行器所受的推力、升力、阻力和俯仰力矩；m为飞行器总质量；g为重力加速度，μ为重力常数，R_e为地球半径；I_yy为飞行器沿机体坐标系y轴的转动惯量，机体坐标系y轴垂直于飞行器对称平面指向右方；N₁和N₂为飞行器所受的弹性合力，η₁和η₂为弹性模态的广义坐标，和分别为广义坐标η₁和η₂的一阶导数和二阶导数，ζ₁和ζ₂分别为对应于η₁和η₂的阻尼比，ω₁和ω₂分别为对应于η₁和η₂的自然频率；L_f和L_a分别为飞行器前体和后体的长度，和分别为飞行器前体和后体的质量密度，φ_f和φ_a分别为飞行器前体和后体弹性模态的振型，ξ为积分变量；Φ为推进器的油门开度，和分别为Φ的一阶导数和二阶导数，ζ为对应于Φ的阻尼比，ω为对应于Φ的自然频率，Φ_c为对应于Φ的控制指令；

弹性合力N₁和N₂，推力T，升力L，阻力D以及俯仰力矩M的表达式为：N1=N1α2α2+N1αα+N10,]]>N2=N2α2α2+N2αα+N2δeδe+N20;]]>

T=CTα3α3+CTα2α2+CTαα+CT0;]]>L=q‾SCL;]]>D=q‾SCD;]]>M=zTT+q‾Sc‾[CM(α)+CM(δe)];]]>

q‾=12ρV2;]]>CTα3=β1Φ+β2,]]>CTα2=β3Φ+β4,]]>CTα=β5Φ+β6,]]>TT0=β7Φ+β8;]]>

CL=CLαα+CL0;]]>CD=CDα2α2+CDαα+CD0;]]>CM(α)=CMα2α2+CMαα+CM0,]]>C_M(δ_e)＝c_eδ_e；

其中和分别为弹性合力N₁表达式中与α²、α相关的系数以及常数；和分别为弹性合力N₂表达式中与α²、α、δ_e相关的系数以及常数；和分别为推力T表达式中与α³、α²、α相关的推力系数以及常数，β₁、β₃、β₅和β₇分别为推力系数和表达式中与油门开度Φ相关的系数，β₂、β₄、β₆和β₈分别为推力系数和表达式中的常数；为动压，ρ为空气密度，S为参考机翼面积，为平均弦长，δ_e为升降舵偏差；C_L升力系数，和为C_L表达式中与α相关的系数和常数；C_D为阻力系数，和分别为阻力系数C_D表达式中与α²、α相关的系数以及常数；z_T为俯仰力矩M表达式中与推力相关的系数，C_M(α)为由攻角产生的俯仰力矩系数，和分别为C_M(α)表达式中与α²、α相关的系数以及常数；C_M(δ_e)为由升降舵偏差产生的俯仰力矩系数,c_e为C_M(δ_e)表达式中与升降舵偏差相关的系数。