基于指数时变滑模的再入飞行器控制系统设计

王亮，刘向东，盛永智，丛炳龙

（1.北京理工大学自动化学院，北京 100081；2.北京理工大学复杂系统智能控制与决策重点实验室，北京 100081）

引言

对于再入飞行器来讲，再入过程中飞行条件大范围变化，各通道间耦合严重，存在各种不确定性扰动以及飞行器的气动特性不能精确获知，这些因素导致其姿态控制变得异常复杂［1］。为了抑制上述非线性、强耦合和不确定性的影响，为其设计高性能、强鲁棒的姿态控制系统就显得十分必要。

滑模变结构作为一种非线性控制方法，当系统处于滑模面上时，对存在的匹配参数不确定性以及扰动具有强鲁棒性［2］，因此在再入飞行器控制系统中有着广泛应用［3-4］。然而，当采用普通滑模控制时，在到达段滑模控制并不具有鲁棒性，容易受系统自身参数不确定性以及外部扰动的影响。为了缩短甚至消除到达阶段，文献［5-6］提出了时变滑模的概念，以时变滑模面替代时不变滑模面，使滑模面在初始时刻就穿过系统的初始状态，以旋转或者平移的方式随时间趋近事先确定的时不变滑模面。

本文在考虑了模型参数不确定性以及外部扰动情况下，针对再入飞行器姿态控制系统的设计问题，在飞行器反馈线性化模型的基础上，设计了一种基于指数时变滑模的全局鲁棒控制器。最后，通过Matlab仿真验证了所设计的再入飞行器姿态控制律的有效性。

1 问题描述

1.1 再入飞行器模型介绍

本文采用文献［7］描述的面对称无动力再入飞行器模型，再入时主发动机已关闭，仅靠气动舵面来提供操纵力和操纵力矩。……