[发明专利]基于时标功能分解的高超声速飞行器执行器饱和控制方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种高超声飞行器控制方法，特别是涉及一种基于时标功能分解的高超声速飞行器执行器饱和控制方法，属于飞行器控制领域。

背景技术

高超声速飞行器由于其突出的飞行能力，使得全球实时打击成为可能，因此受到国内外的广泛关注；NASA X-43A试飞成功证实了这项技术的可行性；受自身复杂动力学特性的影响以及机体发动机一体化设计，高超声速飞行器弹性机体、推进系统以及结构动态之间的耦合更强，模型的非线性度也更高；此外，受飞行高度、马赫数和飞行条件影响，飞行器对外界条件非常敏感。

《Nonlinear Control of An Uncertain Hypersonic Aircraft Model Using Robust Sum-of-squares Method》（Ataei，A.,Wang，Q.，《IET Control Theory & Applications》，2012年第6卷第2期）一文通过时标分解，将高度和速度看作慢变量，将姿态相关的变量看成快变量；在快变量子系统控制器设计过程中，将慢变量看作常量；当前针对高超声速飞行器的控制大都集中在连续控制的设计上；随着计算机技术的发展，未来高超声速飞行器的控制系统需要使用计算机完成，因此研究高超声速飞行器的离散自适应控制具有重要的意义；离散控制器的设计通常可采用两种方法：1)根据连续控制对象设计控制器，然后将连续的控制器离散化；2)直接根据离散化的控制对象设计离散控制器；第1种方法需要较快的采样速率，对系统的硬件提出了很高的要求；基于离散化对象进行设计的控制器，便于对神经网络的权值收敛性进行分析，并且系统的性能不依赖于采样速率。

《Adaptive Discrete-time Controller Design with Neural Network for Hypersonic Flight Vehicle via Back-stepping》（Xu Bin，Sun Fuchun，Yang Chenguang，Gao Daoxiang，Ren Jianxin，《International Journal of Control》，2011年第84卷第9期）一文按照反步法设计离散控制器，未充分考虑系统变量的时标分解，也未考虑执行器饱和问题。

发明内容

为克服现有技术在高超声速飞行器执行器饱和情形下难以工程实现的不足，本发明提出了一种基于时标功能分解的高超声速飞行器执行器饱和控制方法，该方法通过对已有的高超声速飞行器离散欧拉模型进行时标分解得到三个子系统；控制器采用标称方法，同时考虑系统的不确定性，控制器设计仅需一个神经网络，控制器设计简单；此外该方法充分考虑执行器饱和情形，建立辅助变量并设计神经网络自适应律，结合实际情形，利于工程实现。

本发明解决其技术问题采用的技术方案是：一种基于时标功能分解的高超声速飞行器执行器饱和控制方法，通过以下步骤实现：

（a）建立高超声速飞行器动力学模型：

V·=Tcosα-Dm-μsinγr2---(1)]]>

h·=Vsinγ---(2)]]>