基于SMDO-TLC的高超声速飞行器姿态控制

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1、2014年11月北京航空航天大学学报November2014第40卷第11期JournalofBeijingUniversityofAeronauticsandAstronauticsV01．40No．11基于SMDO．TLC的高超声速飞行器姿态控制邵星灵王宏伦(北京航空航天大学飞行器控制一体化技术重点实验室，北京100191)摘要：针对高超声速飞行器快时变、强耦合以及存在参数不确定和外部干扰情况下的姿态控制问题，同时考虑到执行机构动态和输入受限，提出了基于滑模干扰观测器-轨迹线性化(SMDO—TLC，Sli

2、ding—ModeDisturbanceObserver-TrajectoryLinearizationContr01)的高超声速姿态控制方法．首先，引入二阶线性微分器(SOLD，Second—OrderLinearDifferentiator)的概念，通过理论分析指出了当前TLC中采用一阶惯性+伪微分器求取输入指令的微分信号时会存在与SOLD类似的峰值现象，随后利用韩式跟踪微分器求取姿态标称指令及其微分信号，可有效解决过渡过程中执行机构饱和问题；接着，分别在姿态和角速率回路设计二阶滑模干扰观测器，利用符号函

3、数积分来重构内外回路的复合干扰，在此基础上设计补偿控制律，以实现姿态控制器设计．仿真结果表明，所提出的方法能够克服时变干扰及气动参数大范围摄动的影响，同时兼具良好的动态特性与静态品质，能够满足高超声速飞行器的快时变、高精度以及强鲁棒的控制需求．关键词：高超声速飞行器；轨迹线性化(TLC)；非线性跟踪一微分器(TD)；执行机构饱和；二阶滑模干扰观测器(SOSMDO)中图分类号：V249．1文献标识码：A文章编号：1001．5965(2014)11—1568-08Attitudecontrolforhyperso

4、nicvehiclebasedonSMDO—TLCShaoXinglingWangHonglun(ScienceandTechnologyonAircraftControlLaboratory，BeijingUniversityofAeronauticsandAstronautics，Beijing100191，China)Abstract：Inconsiderationofactuatorinputconstraints，anovelattitudecontrolmethoddrivenbysliding—

5、modedisturbanceobserverwaspresentedforsupersonicvehiclewhichisfasttime—varying，strongcouplingcombiningwithparameternon—deterministic．Firstly，viaintroducingtheconceptofsecond-orderlineardiffer—entiator(SOLD)，itwasindicatedthatpeakingphenomenoncausedbyacombin

6、ationoffirst—orderlagandpseudodifferentiator，whichissimilarwithSOLD，wouldemergeduringthetransientprofileofdifferentiationofthenominalcommandintheexistingtrajectorylinearizationcontrol(TLC)．Nonlineartrackingdifferentiator(TD)wasusedtoproducethenominalcommand

7、anditsderivative，saturationofactuatorduringtransitiontimewassolved．Secondly，secondordersliding—modedisturbanceobserver(SOSMDO)basedonintegrationofsignfunctionwasdesignedtoreconstructcompounddisturbancesintheloopsofattitudeandangularratere-spectively，andthen

8、compensationcontrollawwasproposedtorealizeattitudecontr01．Simulationresultsshowthatthetechniqueproposedcanovercometheimpactoflarge·-scaleperturbationsofinterferenceandaerody--namicsparameters，meanwhile