高超声速飞行器高阶滑模控制器设计

张园园, 胡杨, 刘志敏, 李仁府,3

(1.华中科技大学 航空航天研究中心, 湖北 武汉 430074;2.沈阳飞机设计研究所 总体设计部, 辽宁 沈阳 110035;3.华中科技大学 数字制造装备与技术国家重点实验室, 湖北 武汉 430074)

高超声速飞行器高阶滑模控制器设计

张园园1, 胡杨1, 刘志敏2, 李仁府1,3

(1.华中科技大学 航空航天研究中心, 湖北 武汉 430074;2.沈阳飞机设计研究所 总体设计部, 辽宁 沈阳 110035;3.华中科技大学 数字制造装备与技术国家重点实验室, 湖北 武汉 430074)

针对高度非线性、强耦合、参数不确定性的高超声速飞行器纵向运动数学模型,设计了一种基于Quasi-continuous高阶滑模理论的控制器,并与传统滑模控制器进行了分析和比较。仿真结果表明,Quasi-continuous高阶滑模控制在高度阶跃响应时间上比传统滑模控制减少了30%,速度阶跃响应时间比传统滑模控制减少了约56%。说明所设计的控制器能较好地满足在极端环境中飞行的高超声速飞行器对控制指令响应时间的要求。因此,该项研究对高超声速飞行器控制系统的设计有十分重要的参考价值。

高超声速飞行器; Quasi-continuous高阶滑模控制; 精确线性化

引言

高超声速飞行器在高海拔和大马赫数的飞行环境中,空气密度、飞行器速度及机体质量等变化较大。此外,高超声速飞行器在飞行过程中还受到结构振动、动力推进、空气动力耦合及不确定性影响,这使得其模型具有高度非线性、不确定性和强耦合性等特点[1-3]。因此,其对控制系统的要求十分苛刻,飞行控制技术也一直是高超声速飞行器研究中的重点及难点。……