[发明专利]一种含干扰观测器的高超声速飞行器跟踪控制方法

摘要

一种含干扰观测器的高超声速飞行器跟踪控制方法，本发明涉及含干扰观测器的高超声速飞行器跟踪控制方法。本发明为了解决现有技术没有证明观测器在观测系统干扰过程中是有界的问题。本发明步骤为：步骤一：根据高超声速飞行器纵向输入输出线性化模型，建立带有系统干扰的二阶系统模型；步骤二：根据步骤一建立的带有系统干扰的二阶系统模型，基于滑模控制理论，设计有限时间终端滑模控制器；步骤三：对步骤二设计的有限时间终端滑模控制器进行系统稳定性证明。本发明方法使得系统滑模面是有限时间稳定的，系统状态是渐近收敛的。本发明应用于高超声速飞行器控制领域。

主权项

1.一种含干扰观测器的高超声速飞行器跟踪控制方法，其特征在于，所述含干扰观测器的高超声速飞行器跟踪控制方法包括以下步骤：步骤一：根据高超声速飞行器纵向输入输出线性化模型，建立带有系统干扰的二阶系统模型；所述建立带有系统干扰的二阶系统模型的具体过程为：刚性高超声速飞行器模型如下：其中V为飞行的速度，h为飞行高度，α为飞行攻角，θ为飞行俯仰角，q为俯仰角速率，φ为发动机节流阀和为节流阀的一阶导数；μ为地球引力常数，r＝h+R_E，R_E为地球半径，γ＝θ‑α为航迹角，M为控制力矩，I_yy为转动惯量，g为重力加速度；发动机的二阶动力学模型如下：其中φ为发动机节流阀，φ_c为发动机节流阀设定的指令，ω_n为发动机动力学的无阻尼自然频率，ζ为其阻尼比；控制输入u选为[φ_c δ_e]^T，φ_c为节流阀设定指令，δ_e为升降舵偏角指令，系统(1)输出y选为[V h]^T；系统(1)线性化模型：Δf_v，Δf_h，Δb₁₁，Δb₁₂，Δb₂₁，Δb₂₂是由参数不确定性和外界干扰产生的有界项；令d_V＝Δf_V+Δb₁₁δ_e+Δb₁₂φ_c，d_h＝Δf_h+Δb₂₁δ_e+Δb₂₂φ_c；V_d(x)、h_d(x)分别为期望输出速度、高度参考指令：σ_V(x)＝V_d(x)‑V(x),σ_h(x)＝h_d(x)‑h(x)        (6)σ₁(x)和σ₂(x)为引入的辅助误差变量；联合式(4)和式(3)整理成带有系统干扰的多变量二阶系统模型：其中，令则式(7)重新写为：步骤二：根据步骤一建立的带有系统干扰的二阶系统模型，基于滑模控制理论，设计有限时间终端滑模控制器；所述设计有限时间终端滑模控制器具体过程为：选取非奇异终端滑模面：r₁＝(2‑γ)η^γ‑1       (20)r₂＝(γ‑1)η^γ‑2        (21)其中，i＝V,h，1＜p/q＜2,p和q为正奇数，γ＞p/q，β＞0，α′＞0，α₀＞0；设计终端滑模控制器如下：其中，k₁＞0，k₂＞0、ε＞2，为非齐次干扰观测器的输出；步骤三：对步骤二设计的有限时间终端滑模控制器进行系统稳定性证明。