基于扩展Luenberger观测器的高超声速飞行器反步控制

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1、2014年第3期导弹与航天运载技术No.32014总第332期MISSILESANDSPACEVEHICLESSumNo.332文章编号：1004-7182(2014)03-0055-05DOI：10.7654/j.issn.1004-7182.20140312基于扩展Luenberger观测器的高超声速飞行器反步控制王林旭，张胜修，曹立佳，冯福沁（第二炮兵工程大学，西安，710025）摘要：针对高超声速飞行器部分状态发生不可测量问题，将状态观测器和反步法设计相结合，提出基于扩展Luenberger

2、标准观测器的控制器方法，将所设计的被观测系统在某平衡点处线性化，用Luenberger观测器理论设计观测器的增益值，得到渐近收敛于系统真实状态的状态观测值。应用反步控制技术，通过在反步法中引入指令滤波器，使得伪控制量的导数可以轻易获得，简化了设计。通过在六自由度模型上的仿真，表明所提方法可行、有效。关键词：飞行控制；Luenberger观测器；反步控制；高超声速飞行器；指令滤波器中图分类号：V249.1文献标识码：ABacksteppingControlofHypersonicVehicleBase

3、donExtendedLuenbergerObserverWangLinxu,ZhangShengxiu,CaoLijia,FengFuqin(TheSecondArtilleryEngineeringCollege,Xi’an,710025)Abstract:Aimingattheunmeasurableconditionofhypersonicvehicleinsomestates,acontrollerbasedonextendedLuenbergerstandardobserverisdev

4、elopedintegratingstateobserverandback-steppingmethod．Theobservedsystemisdesignedthroughlinearizationinabalanceposition,andthegainsofthenonlinearobserverareobtainedusingLuenbergerobservertheory,therebygettingthestateobservationsthatasymptoticallyconverg

5、etotherealstates.Byintroducingacommandfilterintotheback-steppingcontrol，thederivativeofpseudo-controlareeasytoobtain,whichgreatlyfacilitatesthecontroldesign.Finally,theresultsareverifiedbythesimulationfora6DOFhypersonicvehicle.Thesimulationalsoillustra

6、testhefeasibilityandvalidityoftheproposedapproach．KeyWords:Flightcontrol;Luenbergerobserver;Back-steppingcontrol;Hypersonicvehicle;Commandfilter0引言观测器理论是解决飞行器的故障诊断和重构的重要研高超声速飞行器具有高度非线性的动力学方程。究手段，其概念清楚，实现简单，反应速度快，备受而且，由于受飞行高度和马赫数高等飞行条件的影响，人们的青睐。[1]对外形和空

7、气动态参数以及大气条件变化非常敏感。文献[3]~[5]均在小扰动线性化的基础上，采用滑高超声速飞行器的控制问题与其它控制问题相类似，模观测器估计飞行中难以确定的状态；文献[6]、[7]在稳定性、控制性能以及鲁棒性等是高超声速飞行器控设计高超声速飞行器控制时，尽管采用了观测器理论，制主要关心的问题。但主要是用于对干扰的估计，并非是状态观测器；文对于高超声速飞行器而言，其系统复杂，造价高，献[8]、[9]对非线性系统的状态观测器进行了一定的理一旦发生事故，其后果往往是灾难性的，因此要求这论研究。如何设计

8、高超声速飞行器的新型非线性状态种系统具有极高的安全性和可靠性。故障诊断和容错观测器，仍是一个有待进一步研究的课题。控制技术作为提高系统的安全性、可靠性的重要手段，日益引起人们的重视。当飞行器的传感器发生故障时，1高超声速飞行器数学模型要使飞行系统仍能保持正常，控制器的设计必须具有本文以NASA兰利实验室的高超声速飞行器[2]很强适应性，以便抑制外部扰动和输入参数的变化。Winged-Cone的非线性六自由度数学模型为基础，考收稿日期：2012-03-21；修回日期：2