[发明专利]高超声速机动飞行抗舵面饱和鲁棒控制方法

说明书

本发明公开了一种高超声速机动飞行抗舵面饱和鲁棒控制方法，属于航空航天技术领域的飞行控制方法。本发明的目的是为了解决高超声速机动飞行过程中，由于操纵舵面幅值饱和与复合干扰致使高超声速飞行器(HSV)控制系统性能变差，而提供的一种抗饱和鲁棒控制方法设计。本方法提出了一种新的抗饱和辅助设计系统，该系统阶数与姿态控制系统同阶，不仅适用于SISO系统也可适用于MIMO系统。将该辅助系统变量引入到反步法误差变量中，应用反步法思想设计了HSV机动飞行控制律，保证了系统闭环稳定。另外，本发明提出一种基于混合型跟踪微分器的干扰观测器(HTDDO)对复合干扰进行跟踪逼近，并设计补偿控制律。

技术领域：

本发明涉及一种航空航天技术领域的飞行控制方法，具体说是高超声速机动飞行抗舵面饱和鲁棒控制方法，尤其适用于高超声速机动飞行时存在操纵舵面饱和及复合干扰情况下的飞行控制方法。

背景技术：

高超声飞行器(Hypersonic Vehicles，HSV)是指飞行速度在5马赫以上的飞行器，其主要活跃于距地面20km至100km的空域。HSV由于飞行包络大、飞行环境复杂、高机动、多任务模式等特点，不可避免存在着内部结构和气动参数引起的不确定以及外界环境导致的干扰，而且近空间区域飞行时，各状态变量高度耦合，被控对象呈现出强烈的非线性动态特性。这些因素会增加姿态控制算法设计的难度，如采用经典的线性控制方法则会造成控制精度下降甚至系统失稳。因此，设计一个强鲁棒的非线性控制方法研究成为了HSV飞行控制的一个研究热点。

HSV的机动是指HSV在一定时间内改变飞行状态(高度、速度大小和飞行方向)的过程，目前主要研究加减速、跃升、俯冲等纵向以及转弯、盘旋等横向常规机动动作。为完成这些机动动作，须对飞行状态尤其是攻角、侧滑角、滚转角速度等状态量施加指令性约束要求；另外，HSV飞行空域大气稀薄，舵面偏转易于饱和。当执行器发生饱和时，控制器的输出信号进一步增大，执行器对被控对象的输入却不能增大，结果是控制器的输出与系统的实际控制输入不一致，这必将导致控制系统性能下降，甚至失稳，造成严重后果。所以，为了保证HSV机动飞行的稳定性，抗舵面饱和是机动飞行控制方法设计中首当其冲要解决的问题。

由于HSV独特的飞行空域，其机动飞行存在模型参数不确定和外部大力矩扰动，机动飞行控制系统必须具有强鲁棒的镇定能力。虽然实验室通过风洞实验取得了高超声速飞行条件下样机模拟飞行的气动参数，但事实上，近空间飞行环境复杂，真实飞行环境下存在的各种各样的未知因素还没有掌握，所以飞行器模型与实际飞行器之间存在着结构和参数上的不确定性。所以HSV机动飞行过程中，抗干扰也是机动飞行控制方法需要解决的重要问题。