高超声速飞行器飞行轨迹的模糊控制设计

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1、第27卷第4期计算机仿真2010年4月文章编号：1006—9348(2010)04—0036—04高超声速飞行器飞行轨迹的模糊控制设计祝志云，杨军(西北工业大学航天学院，陕西西安710072)摘要：针对高超声速飞行器飞行过程中因干扰造成的飞行轨迹散布问题，提出了采用飞行器飞行轨迹的模糊控制设计方法。方法以高超声速飞行器飞行轨迹线偏差和线偏差变化率作为模糊控制器输入，采用模糊推理设计飞行控制系统。在完成高超声速飞行轨迹控制系统数学建模的基础上，结合自动驾驶仪特点对飞行轨迹模糊控制系统进行了设计。结论通过仿真表明所设计的飞行控制系统满足飞行轨

2、迹及攻角性能要求，验证了方法的正确性。关键词：高超声速飞行器；飞行轨迹；模糊控制中图分类号：TPl3文献标识码：ADesignofTrajectoryTrackingSystemforHypersonicVehicleUsingFuzzyControlZHUZhi—yun．YANGJun(CollegeofAstronautics，NorthwesternPolytechnicalUniversity，Xi’anShanxi710072，China)ABSTRACT：Anewmethodofdesignhypersonicvehiclet

3、rajectorytrackingsystemusingfuzzycontrolispresentedtoovercomethedisadvantageofflighttrajectorydistributioncausedbyseparationdisturbance．InthismethodtheflighttrajectoryerrorandelTorratiohavebeenusedastheinputofcontroller．Inthefirstpart，themodeloftheflighttraj·ectorysystemi

4、sgive．，then，themethodofdesigningtheflighttrajectorysystembyusingfuzzyisdemonstrated．Fi·nallyitisprovedthatthisflighttrajectorycontrolsystemCan88suretheperformanceoftheflighttrajectorybysimula-tion．KEYWORDS：Hypersonicvehicle；Flighttrajectory；Fuzzycontrol1引言高超声速飞行器在飞行过程中发动机

5、对飞行速度、高度、攻角、侧滑角都有较严格的要求，如美国早期开展Hyper—x项目中超燃冲压发动机系统的飞行条件为：7．04-0．5Ma，动压1000±200psf(47．88±9．58kPa)，侧滑角04-0．5deg，攻角2．54-0．5deg【6J。高超声速飞行器飞行控制系统不但要实现对攻角、侧滑角的精确控制，还要实现对飞行轨迹的控制，飞行器飞行轨迹的大范围散布，会造成动压大范围变化，难以满足发动机的工作条件，因此，高超声速飞行器的控制系统设计受到了国内外学者的重视。文献[1—3]分别采用不同的方法设计了高超声速飞行器鲁棒控制系统；Y

6、ingHu【41等针对吸气式高超声速飞行器设计了自适应的线性二次速度和高度跟踪系统。本文针对高超声速飞行器在飞行过程飞行轨迹散布的收穑日期：2008—12—05修回日期：2009—03—12—36一问题，提出采用模糊控制方法设计高超声速飞行器飞行轨迹控制系统。该方法以高超声速飞行器飞行轨迹线偏差和线偏差变化率作为模糊控制器输入，采用模糊推理设计飞行控制系统，同时，考虑飞行器在进行轨迹纠偏时的攻角约束。文章首先给出高超声速飞行器飞行轨迹数学模型描述，结合自动驾驶仪特点设计了飞行轨迹模糊控制系统。最后，通过仿真表明所设计飞行控制系统满足飞行轨

7、迹及攻角性能要求，验证了该方法的正确性。2高超声速飞行器轨迹控制数学模型描述由于高超声速飞行器对攻角、侧滑角有严格要求，飞行器自动驾驶仪要实现对攻角、侧滑角的精确控制，但是考虑到攻角、侧滑角难以精确测量，因此，工程上常采用法向过载反馈自动驾驶仪结构。以纵向平面为例，下面给出高超声速飞行器数学模型描述。2．1高超声速飞行器动力学模型高超声速飞行器纵向数学模型为HJ：矿：—Tcosc—t-D一＆!!!12rttr‘：墨±塑望g一!＆二垒!!!!z’，5—矿一——百广h=Vsin，tv。q—yi=M，／I．(1)式中：￡，D为飞行器所受升力和阻

8、力，J

9、lf。为俯仰力矩。c。，c。．cm分别为升力系数、阻力系数和俯仰力矩系数。其计算公式如下：工=—知V2SCLD：知V2SCo％=知V：SL[C肝(倪)+Cs(坑)+c脚(g)]r=h+