吸气式高超声速飞行器制导与控制研究现状及发展趋势

《吸气式高超声速飞行器制导与控制研究现状及发展趋势》由会员上传分享，免费在线阅读，更多相关内容在学术论文-天天文库。

1、航空学报ActaAeronauticaetAstronauticaSinicaJul252014Vol35No71776—1786ISSN1000—6893ON11—1929／Vhttp：／／hkxbbuaaeducnhkxb@buaaeducn吸气式高超声速飞行器制导与控制研究现状及发展趋势方洋旺+，柴栋，毛东辉，张磊空军工程大学航空航天工程学院，陕西西安710038摘要：制导与控制技术是发展高超声速飞行器的关键技术，同时也是控制学科研究的热点问题，许多先进控制理论在此领域得到应用。鉴于此，分析了吸气式高超声速飞行器动力学模型非线性、强耦合和不确定性等特点，指出高超

2、声速飞行器制导与控制技术面临的挑战。在综述国内外研究成果的基础上，对吸气式高超声速飞行器制导与控制中基于线性化的非线性控制方法和直接针对非线性模型的控制方法分类讨论，分析了尚待解决的问题和不足。最后，结合吸气式高超声速飞行器鲁棒性、自适应性和智能化的目标，从面向机动目标制导律、高速目标拦截器制导律、全空域机动飞行控制和先进智能控制理论等方面展望了此领域研究的发展趋势。关键词：吸气式高超声速飞行器；动力学模型；制导与控制；飞行控制；智能控制中图分类号：V249．1；TP273文献标识码：A文章编号：1000～6893(2014)07177611高超声速飞行器因其飞行速度

3、快、机动性能好、突防能力强以及远程精确打击等优点，具有重要的战略意义和极高的应用价值。高超声速飞行器技术包括气动、推进、传热、材料和飞行控制等多个学科，其中飞行控制技术是发展高超声速飞行器的核心和关键技术之一[1]。通常在研究中可以将高超声速飞行器分为吸气式动力的高超声速飞行器和无动力的再入高超声速飞行器瞳]，近期吸气式动力的高超声速巡航导弹和高超声速飞机成为研究发展的热点。高超声速巡航导弹在攻击时问敏感目标时具有明显的优势，同时在抗击高超声速飞机和导弹的攻击中可以作为高超声速防空武器，这类飞行器的制导主要针对机动目标，通过特定的制导律对目标实施打击；高超声速飞机可以

4、作为携带多种载荷的武器投放平台，这类飞行器制导的目的是引导飞行器到达预定区域并对目标进行跟踪。本文仅限于以吸气式动力的高超声速飞行器为对象对其制导与控制问题的研究进行综述。高超声速飞行器的飞行包线大，飞行特性复杂，外部环境多变，其动态特性存在强非线性和不确定性，且飞行器气动与推进系统之问严重耦合。这些因素使得高超声速飞行器制导与控制设计面临很大挑战，特别是随机不确定性的控制问题，设计的控制系统必须有较高的控制精度和强鲁棒性，且满足系统实时性要求，用现有控制理论未能充分认识和解决。针对高超声速飞行器制导与控制问题，反馈线性化‘。I、滑模控制‘“、反演法E51等非线性控制

5、方法，以及神经网络邸]、模糊控制口1和预测控制[80等现代控制方法都有尝试和应用。此外，文献[2]和文献[9]对高超声速飞行器的动力学模型和控制模式进行了综述，并提出高超声速收稿日期：2014-01—01；退修日期：2014—02—09；录用日期：2014—03—13；网络出版时间：2014—04—0116：17网络出版地址：WWWcnkinet／kcms／detail／107527／S1000—689320140021html基金项目：国家自然科学基金(60874040)*通讯作者Tel：029—84787589E-mail：ywfan9200S@sohucorn黾

6、属格式FangYW，ChaiD，MaoDH，etalStatusanddevelopmenttrendoftheguidanceandcontrolforair-breathinghypersonicvehicleLgJActaAeronaut，caetAstronaut／；caSin／ca，2014，35(77：1776—1786方洋旺，柴栋，毛东辉，等吸气式高超声速飞行器铂导与控铂研究现状及发展趋势!如航空学报，2014，35(77：1776．1786方洋旺等：吸气式高超声速飞行器制导与控制研究现状及发展趋势飞行器控制中的科学问题。考虑到高超声速飞行器的复杂性，对

7、其制导与控制的研究更趋向于采用多个控制模型和方法，另一方面，随着控制理论的进一步发展，更多的新理论新方法将在高超声速飞行器制导与控制中得到尝试。本文旨在对高超声速飞行器制导与控制的方法进行分析比较，指出存在的问题，并探讨可能的发展趋势。1高超声速飞行器制导与控制的问题与挑战1．1高超声速飞行器动力学模型的特点由于吸气式高超声速飞行器所处的临近空问复杂环境，以及飞行器表面高超声速流场的影响，其动力学模型呈现出非线性、强耦合、弹性变形和不确定性等4个方面的特点。1)非线性高超声速飞行器在复杂的临近空问环境和大的飞行包线下，由于大气压力和密度的变化范围大，