高超声速飞行器姿态自适应解耦控制方法研究

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1、第28卷第11期计算机仿真2011年11月文章编号：1006-9348(2011)11—0059—05．．．jL-Cj同超声速飞行器姿态自适应解耦控制方法研究熊嵩，周军，呼卫军(西北T业大学精确制导与控制研究所，陕西西安710072)摘要：研究飞行器优化姿态控制问题．高超声速飞行器具有的快时变、非线性、强耦合特性给姿态控制系统设计带来一定难度。针对飞行器的特性分析，将姿态动力学模型分解为姿态角与角速度跟踪的内、外两刨路．采用动态逆方法设计了双回路控制系统结构，从而在实现完全解耦的同时有效降低了设计难度。同时针对动态逆方法过于依赖精确数学模型的局限性，设计PID神经

2、网络控制器，利用神经网络的无限逼近能力调整自身网络权重矩阵参数值，使控制器对不确定因素与未知干扰具有一定的自适应能力。在标称和拉偏情况下进行仿真，结果表明，控制姿态角的跟踪超调量可在1．5％以内，侧滑角的耦合量不足l度，满足对飞行器控制优化的要求。关键词：高超声速飞行器；特性分析；动态逆；自适应解耦中图分类号：V448．22文献标识码：AResearchonAdaptiveDecouplingControlMethodforHypersonicVehicleXIONGSong，ZHOUJun，HUWei-jun(InstituteofPrecisionGuidan

3、ceandControl，NoahwesternPolytechnicUniversity，Xi7anShanxi710072，China)ABSTRACT：Hypersonicvehicleshavethecharacteristicsoffasttime-varying，non-linearandhardcoupling，andthesecharacteristicsmadethealtitudecontrolsystemverydifficulttodesign．Inordertosolvetheproblem，adouble-loopcontrolstru

4、ctureusingdynamicinversioncontrolmethodwasbuiltbasedontheanalysisofthecharacteristics，whichdecompoundeditsattitudedynamicsmodelintotheattitudeangletracingloopandtheangularratetracingloop，andsolvedthecouplingcompletelywhilereducingthedesigndifficulty．Otherwise．PIDneuralnetworkscontrolw

5、船usedtosolvetheproblemthatthedynamicinversionmethoddependedontheprecisionofthemathematicmodelseri—ously．andthecontrolcouldadjustthenetworks’weightmatrixelementvalue．Thismethodmadethecontrolsystemeffectivewhilehavingtheabilitytoadapttheuncertaintyofthemodelandthedisturbanceoftheflighte

6、nvironment．Thefinalsimulationresultsontheconditionofaerodynamicinterferenceshowthattheovershootoftheattitudeangletracingislessthan1．5％，andthecouplingoftheslideangleislessthan1。．whichmeetstheactualprojectcontrolrequirementwell．KEYWORDS：Hypersonicvehicle；Characteristicsanalysis；Dynamici

7、nversion；Adaptivedecoupling1引言高超声速飞行器一般是指飞行速度超过5倍声速的有翼或无翼飞行器。由于其具有重要的军事意义，正成为当今世界强国广泛关注的焦点。对于控制系统设计而言，高超声速飞行器姿态控制的难点在于其各控制通道间存在着严重的强耦合性；飞行器模型为典型的强非线性系统；飞行范围过大，飞行参数具有明显的快速时变性。传统线性控制方法的鲁棒性和自适应性相对较弱【2J，因此有必要针对该问题寻求强鲁棒性的、更为有效的控制方法。随着对高超飞行器解耦控制的深入研究，多种先进控制收稿日期：2010-12—28方法被尝试应用于该问题中。文献[2]利

8、用线性二次