基于滑模变结构的高超声速飞行器控制律设计

刘涛, 闫斌斌, 顾文娟, 于云峰

(西北工业大学 航天学院, 陕西 西安 710072)

0 引言

高超声速飞行器具有重要的军事意义和战略价值,近年来成为国内外研究的热点[1]。由于高超声速飞行器采用机体推进一体化结构设计,飞行速度很快,处于高动压飞行条件下,且飞行距离远,使得飞行器模型的参数不确定性和外部干扰十分显著,因此其控制问题一直是研究难点。高超声速飞行器控制系统必须对参数摄动和外部干扰具有强鲁棒性。文献[2]针对线性化模型,设计了两种基于线性二次调节器技术的控制器,虽然设计的控制律在一定巡航条件下是有效的,但是需要增加增益调度环节,这就增加了设计复杂性。文献[3]提出了一种基于近似反馈线性化的非线性控制设计方法,尽管对大量包线可以实现稳定跟踪,但是由于控制律设计过于复杂,因此难以对其稳定性和鲁棒性能进行解析分析。

本文针对高超声速飞行器纵向模型,首先在平衡状态建立一个线性模型,然后通过设计一个参考模型构造出一个误差跟踪模型。进而设计一个鲁棒滑动面以及自适应滑模控制器,使得跟踪误差在有限时间内进入预设滑动面,以保证模型存在参数不确定和外部干扰时的渐进稳定性和对控制输入的精确跟踪。

1 高超声速飞行器纵向运动数学模型

1.1 数学模型描述

文中的高超声速飞行器纵向模型采用文献[3]中的设计,模型方程组在此不再赘述。

将非……