高超声速飞行器弹性模态稳定控制方法-论文.pdf

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1、第44卷第2期航空计算技术Vo1．44No．22014年3月AeronauticalComputingTechniqueMar．2014高超声速飞行器弹性模态稳定控制方法崔建峰，张科，吕梅柏(西北工业大学航天学院／航天飞行动力学国家级重点实验室，陕西西安710072)摘要：高超声速飞行器广泛采用升力体、乘波体等气动布局和轻质材料，导致飞行器刚体模态与弹性模态的耦合问题突出。针对该类飞行器的弹性模态稳定问题，提出了一种新的弹性模态稳定控制方法，将弹性模态视为外部干扰，以弹性模态的导数变量作为控制输出，仅通过实际可测的刚体状态参数作为反馈

2、量来设计控制器。仿真结果表明，所设计的控制器能够保证弹性模态稳定，且控制器结构简单、阶数较低。关键词：高超声速飞行器；弹性模态；状态反馈；鲁棒控制中图分类号：V214文献标识码：A文章编号：1671．654X(2014)020062．04ModelingandRobustControlofAFlexibleAir—breathingHypersonicVehicleCUIJian—feng，ZHANGKe，LVMei—bo(SchoolofAstronautics，NorthwesternPolytechnicalUniversity

3、&NationalKeyLaboratoryofAerospaceFlightDynamics，Xian710072，China)Abstract：Therearecomplexinteractionbetweenflexibleandrigidmodesofair-breathinghypersonicve··hicle，whichinitiatedbyuseofliftingbody，wave—rideraerodynamiclayoutandlight—weightedmaterials．Aimingattheseproblem

4、s，anewcontrolmethodwhichusedtostabilizeelasticmodalsofhypersonicvehi—cleispresented．Thecontrolmethodregardstheelasticmodalsasexternaldisturbanceandusesderivativeofelasticmodalascontroloutput．Then，thecontrollercanbedesignedusingthefeedbackofmeasurablerigidstateparameters

5、．Thesimulationresultsshowthat，thenovelcontrolmethodcanstabilizeelasticmo—daisefectively．Moreover，thestructureofthecontrollerissimpleandtherankislower．Keywords：hypersonicvehicle；elasticmodel；statusfeedback；robustcontrol引言弹性模态稳定。但是，这些设计方法所设计的控制器结构较为复杂、阶数较高，给控制器的应用带来不便。高超声

6、速飞行器一般是指飞行速度超过5倍声速针对上述现有弹性高超声速飞行器控制系统设计的飞行器。与传统飞行器相比，高超声速飞行器在结方法的不足，本文提出一种结构较为简单的弹性模态构上普遍采用轻质柔性材料，其气动外形一般为细长稳定控制方法。该方法将弹性模态视为外部干扰，以体、升力体布局、完全或部分乘波体布局。特殊的结构弹性模态的导数变量为控制输出，仅通过实际可测的选择和气动布局使得飞行器结构的固有振动频率降刚体状态参数作为反馈量来进行状态反馈控制系统的低，刚体模态与弹性模态的耦合问题突出⋯。此时，如设计。最后以高超声速飞行器的速度与高度跟踪控制

7、果仅基于刚体模型进行控制系统的设计，高超声速飞为仿真对象，对所设计的控制器进行了系统仿真验证。行器将会因弹性模态的发散而失控J。在已经开展的基于弹性模型的高超声速飞行器控1弹性模态稳定控制制系统研究中，PeteJankovsky等人先后使用基于线性观测器的状态反馈和无观测器的输出反馈两种方法设1．1弹性模态稳定控制问题描述计了弹性高超声速飞行器的控制系统；孟中杰等则考虑弹性系统模型为：使用混和灵敏度与自适应陷波滤波器方法来处理弹性模态的影响]。这些方法均能使高超声速飞行器的[≥】=：【三三：121[X．，r1"，：1】收稿日期：201

8、3—11—25修订日期：2014—02—17基金项目：航空科学基金项目资助(20110153003)；西北工业大学基础研究基金项目资助(GCKY1006)作者简介：崔建峰(1980一)，男，河南安阳人，博士研究生，主要从