高超声速飞行器最优PI-Hinf控制器设计

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1、第28卷第1I期计算机仿真2011年11月文章编号：1006—9348(2011)11—0041—04．_-

2、‘Cj同超声速飞行器最优PI—Hinf控制器设计曾德(华南理工大学自动化科学与1：程学院，广东广州510640)摘要：研究高超音速控制器优化问题，由于控制系统存在较强鲁棒性和非线性，用传统方法寻优计算量大，影响实时控制。为解决上述问题，采用最优比例积分H无穷(PI—Hinf)--环控制方法对高速飞行器构型的输A／输出线性化模型进行了控制器设计。控制方法能有效地抑制模捌参数不确定性带来的扰动并使系统达到很好的静态性能。对模型进行仿真，结果表明，所设计的控制器具有较强的鲁

3、棒性，可以满足飞行器在复杂条件下飞行的控制要求，达到O误差的跟踪精度，为设计提供了依据。关键词：高超声速飞行器；静态误差；鲁棒性中图分类号：V411．8文献标识码：BHypersonicVehicleOptimalPI-HinfControllerDesignZENGDe(CollegeofAutomaticScienceandEngineering，SouthChinaUniversityofTechnology，GuangzhouGuangdong510640，China)ABSTRACT：Takinganimprovednonlinearlongitudinalmode

4、lofagenetichypersonicvehicle118anobject，theOpti·malProportionalIntegralH-infinitetheory(Pl—Hinf)wasusedtodesignacontrolleruponanoptimalmulti-input-outputmodel．TheselectedcontrolmethodCallrestraindisturbanceresultingfromthemodelparameterchangeseffee-tively，andhasgoodstaticperformance．Thesimu

5、lationresultshowsthatthedesignedcontrollerCanmeettherobustrequirement．Andthetrackingprecisionissatisfactory．KEYWORDS：Hypersonicvehicle；Staticerror；Robustnessl引言一般认为，气体流动速度马赫数大于5即为高超声速，以大于马赫数5速度飞行的飞行器被称为高超声速飞行器⋯。高超声速飞行器采用机体一发动机一体化的升力体构型，加之高超声速以及飞行速度范围大的影响，故要求高超声速飞行器飞行控制系统具有较强的鲁棒性嵋1。这也使得它的控制器

6、设计需要解决以下几个问题：高度非线性问题、控制实时性问题、结构变参数问题以及模型不确定性问题i3】。文献[4]提出一种变结构控制方法的控制器设计，然而对高超声速飞行器而言，控制器设计需同时解决参数、状态大范围变化．以及模型不确定性大两个问题。文献[5]结合动态逆与阻综合设计了纵向鲁棒控制器，动态逆控制方法需要精确的数学模型，但高超声速飞行器模型具有较大的不确定性，当模型不确定性增加，动态逆的控制效果就会下降。文献[6]应用模糊控制，研究了x一38再人大气层的姿态控收稿日期：2010一10—17修回日期：2010—12-14制问题，基于遗传算法的模糊控制不需要精确的数学模型，但

7、这种控制方法需要大茸的专家经验，且遗传算法的寻优计算量大，影响系统实时性控制。文献[7]则应用神经网络自适应鲁棒控制方法进行了相关研究工作，这些研究都不同程度地实现了抵抗不确定性的初衷。本文所采用的H。法作为现代控制理论的重要组成部分，在鲁棒性能方面有很好的表现，而且拥有设计规范，能够获得线性反馈结构的优点。·本文以一类高速飞行器的非线性纵向模型为对象，针对输Ⅳ输出线性化模型进行了飞行控制器设计的研究工作。为了满足飞行器在复杂条件下飞行性能有较强鲁捧性并达到0误差的跟踪精度，文中采用比例积分H无穷(PI—Hinf)二环控制方法进行设计，内环H。控制保证系统的鲁棒性能，外环比例

8、积分控制保证系统的跟踪精度。并进行了系统的静、动态性能仿真。结果表明文中所采用的控制方法可以很好地满足控制要求，实现受控系统鲁棒性和跟踪精度的双性能指标。2高超声速飞行器动力学模型通用高超声速飞行器六自由度动力学模型具有高度非一41—线性，气动参数和状态相互耦合，并且一部分系统参数存在不确定性。引，为典型的非线性时变不确定系统。目前还没有一种系统化的方法为此类系统设计控制器，本文使用全状态反馈线性化模型，然后采用PI—Hinf二环控制方法进行控制器的设计。飞行器的速度和高度为控制目标，节流阀设置q和升降