[发明专利]一种抑制参数摄动的高超声速飞行器指令跟踪控制方法

说明书

本发明公开了一种抑制参数摄动的高超声速飞行器指令跟踪控制方法，步骤包括：首先对高超声速飞行器进行不确定性建模，得到参数不确定模型；其次，基于主影响元素分析法，对所建立的参数不确定模型进行简化；并设计出抑制参数不确定的鲁棒自适应指令跟踪控制器；最后，对上述所设计的控制器进行稳定性证明；本发明在高超声速飞行器发生大幅参数摄动情况下，依然可以保证飞行器的快速指令跟踪能力以及稳定性，解决了现有控制技术不能保证高超声速飞行器在大幅参数摄动情况下的指令跟踪性能的问题，同时减小了控制器的运算量，便于实现。

技术领域

本发明涉及高超声速飞行器控制技术，尤其涉及一种抑制参数摄动的高超声速飞行器指令跟踪控制方法。

背景技术

高超声速飞行器是指飞行速度超过5倍声速的飞行器，其具有飞行速度极快，飞行包络的，突防能力强等特点，有着巨大的军事应用价值和经济价值。性能良好的控制器是高超声速飞行器能够顺利完成飞行任务的必要保证。由于高超声速飞行器具有飞行包络大，燃料消耗快，发动机和机身之间耦合作用强，气动加热效应明显以及试验数据不完备等因素，其具有不可忽视的不确定性。为了保证飞行控制器的有效性，必须在控制器设计层面上将这些不确定性因素予以充分考虑。

近年来各类非线性控制算法日渐增多，并且逐步地应用于高超声速飞行器的控制器设计中。大多数非线性控制方法都是基于动态逆或反馈线性化的方法而设计或者改进的，这些控制方法大多对模型以及参数的准确性有着较高的要求。然而实际情况中很难得到准确的高超声速飞行器模型以及相关参数，并且在高超声速飞行器的实际飞行过程中，很多参数是不断变化的。这些因素使得现有的控制器设计方法在较大参数摄动情况下，难以保证飞行器的指令跟踪性能。

发明内容

发明目的：为了解决现有非线性控制技术难以在高超声速飞行器具有较大参数摄动情况下保证控制系统的指令跟踪性能的问题，本发明提出了一种能够有效抑制参数摄动的高超声速飞行器指令跟踪控制方法。

技术方案：一种抑制参数摄动的高超声速飞行器指令跟踪控制方法，包括以下步骤：

步骤一：对高超声速飞行器进行不确定性建模，得到参数不确定模型；

步骤二：基于主影响元素分析法，对步骤一所建立的参数不确定模型进行简化；

步骤三：设计出抑制参数不确定的鲁棒自适应指令跟踪控制器；

所述步骤一中对高超声速飞行器进行不确定性建模，得到参数不确定模型具体过程为：

高超声速飞行器模型如下：

其中，V,γ,α,q,h分别为速度，航迹倾斜角，迎角，俯仰角速度和高度；g,I_y分别为重力加速度和绕y轴的转动惯量；L,D,T分别为升力，阻力和推力；

发动机二阶动力学模型如下：

其中，ω_n＞0，ξ＞0，β_c为发动机节流阀调定值，ω_n发动机动力学的自然频率，ξ为其阻尼比；优选的，ω_n＝5,ξ＝0.7。

控制输入选为[δ_e β_c]^T，β_c为发动机节流阀调定值，δ_e为升降舵偏角指令，系统(1)的输出选择为[V h]^T；

通过验证可知该系统对于速度和高度的相对阶次分别为3和4；所以当考虑到参数不确定时，对V和h分别进行求导三次和求导四次的处理，并且对不确定项进行分离，则系统可转化为如下不确定模型形式：