高超声速飞行器跟踪控制方法研究

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1、博士学位论文高超声速飞行器跟踪控制方法研究RESEARCHONTRACKINGCONTROLMETHODSOFHYPERSONICVEHICLE孙经广哈尔滨工业大学2018年03月国内图书分类号：TL361学校代码：10213国际图书分类号：623密级：公开工学博士学位论文高超声速飞行器跟踪控制方法研究博士研究生：孙经广导师：宋申民教授申请学位：工学博士学科：控制科学与工程所在单位：航天学院答辩日期：2018年03月授予学位单位：哈尔滨工业大学ClassifiedIndex:TL361U.D.C:623DissertationfortheDoctoralD

2、egreeinEngineeringRESEARCHONTRACKINGCONTROLMETHODSOFHYPERSONICVEHICLECandidate：SunJingguangSupervisor：Prof.SongShenminAcademicDegreeAppliedfor：DoctorofEngineeringSpeciality：ControlScienceandEngineeringAffiliation：SchoolofAstronauticsDateofDefence：March,2018Degree-Conferring-Instit

3、ution：HarbinInstituteofTechnology摘要摘要高超声速飞行器具有显著的军事价值和民用价值，目前已成为国内外在临近空间飞行器中重点研究的对象。独特的一体化设计方式和复杂的飞行环境使得高超声速飞行器系统模型具有快时变、强非线性、强耦合和大不确定性等特点，如何设计满足其上述约束的控制策略成为目前研究的热点之一。本文对存在模型参数不确定性、外部干扰、输入受限、执行器故障、跟踪误差约束和状态约束的高超声速飞行器跟踪控制问题进行了深入研究，主要内容如下：首先，针对带有模型参数不确定性和外界干扰情形的高超声速飞行器跟踪控制问题进行了研究分析。

4、针对高超声速飞行器多变量二阶系统模型，利用反步法和终端滑模理论，并结合自适应技术，依次提出了反步控制器和自适应终端滑模控制器。为了进一步增强系统的鲁棒性，降低系统的控制增益，利用非齐次干扰观测器估计系统扰动，并基于非奇异终端滑模控制理论，提出了终端滑模鲁棒控制器，进一步改善了系统的动态性能和稳态性能。其次，针对带有模型参数不确定性、外界干扰和输入受限情形的高超声速飞行器跟踪控制问题进行了研究分析。针对高超声速飞行器多变量二阶系统，通过引入饱和函数，利用辅助系统和微分中值定理，依次提出了抗饱和的自适应鲁棒跟踪控制策略和抗饱和的自适应积分终端滑模控制策略。为了

5、提高系统的抗干扰性能，利用非齐次干扰观测器在线估计系统干扰，基于终端滑模理论，通过引入新型饱和函数解决了控制器奇异问题。上述所提出的控制器不仅能够满足执行器物理受限的要求，且保证了高超声速飞行器跟踪控制性能。再次，针对带有外界干扰、模型参数不确定性和输入故障情形的高超声速飞行器跟踪控制问题进行了研究分析。针对带有执行器故障的多变量二阶系统，基于被动容错思想，分别利用非线性函数和终端滑模理论，依次提出了基于非线性函数和终端滑模的故障容错控制策略。进一步考虑输入受限的情形，通过引入饱和因子和辅助系统，利用终端滑模控制理论和自适应技术，提出了两种抗饱和的终端滑模

6、故障容错控制器。上述所设计的故障容错控制策略，不仅满足了执行器物理受限的要求，且具有较强的容错能力。最后，针对带有外界干扰、模型参数不确定性、输入受限、执行器故障和状态约束情形的高超声速飞行器跟踪控制问题进行了研究分析。针对带有跟踪误差约束的情形，通过误差性能指标函数，利用滑模控制理论和自适应控制技术设计了自适应滑模跟踪控制器，使得跟踪误差能够满足所期望的误差指标函数。进一步考虑飞行状态约束，利用正切型屏障李雅普诺夫函数和自适应控制技术，分别针对速度子系统和高度子系统提出了自适应动态面速度子系统控制-I-哈尔滨工业大学工学博士学位论文策略和自适应动态面高度

7、子系统控制策略。上述所提出的控制策略不仅能够满足跟踪性能的要求，同时也能满足飞行过程中的状态约束条件。关键词：高超声速飞行器；反步控制；终端滑模控制；执行器故障；输入受限；自适应控制；跟踪控制-II-AbstractAbstractThehypersonicvehicleshassignificantmilitaryandcivilianvalue,whichhasbecomethefocusoftheresearchofnearspacevehiclefordomesticandforeign.Theuniqueintegrateddesignandco

8、mplexflightenvironmentcanleadtoco