基于自抗扰终端滑模的高速滑翔飞行器姿态控制*

安炳合,王永骥,刘 磊,侯治威,王 博

(华中科技大学自动化学院, 武汉 430074)

0 引言

高速滑翔飞行器是指飞行速度为5～20Ma的滑翔飞行器。凭借突出的飞行速度,高速滑翔飞行器可以突破反导系统的拦截,实现精准快速的目标打击,因此受到了越来越多的关注。高速滑翔飞行器的运动过程中受到众多不确定因素的影响,因此对其的控制系统需要具有一定的鲁棒性。

滑模控制[1]方法是一种非线性鲁棒控制方法。其基本思想是设计非线性控制律使系统状态运动到预先设计的滑模面上并进行滑模运动,最终收敛到平衡点。系统在滑模面上的运动不受外界干扰的影响,具有较强的鲁棒性。终端滑模方法通过在滑模面中引入误差的非线性项作为终端吸引子,保证系统误差能够在有限时间内收敛,改善系统的性能。Eshghi S等[2]针对卫星的姿态控制问题提出一种非奇异终端滑模控制方法,避免了传统终端滑模控制当误差趋于零时控制量会趋于无穷大的奇异问题,同时收敛时间上限能够计算出来。

自抗扰控制(ADRC)是韩京清提出的一种不需要知道被控对象精确模型的控制方法[3],由微分跟踪器(TD),扩张状态观测器(ESO)以及非线性状态误差反馈控制器(NFC)组成。相比于传统PID控制器,自抗扰控制器能够实现更好的控制效果。Chang K等[4]在四旋翼飞行器的避障问题中,设计了自抗扰解耦控制器,能够消除由系统内部和外部干扰引起的状态耦合和不确定性的影响。在有风力干扰与噪声的情况下,飞行器能够快速跟踪指令信号,为成功避障提供了保证。……