基于轨迹线性化的高超声速飞行器非线性姿态控制

邵星灵，刘 俊，李东光

（1.中北大学仪器与电子学院，太原030051；2.中北大学仪器科学与动态测试教育部重点实验室，太原030051；3.中北大学机电工程学院，太原030051）

1 引 言

作为21 世纪航空航天领域最受关注的研究方向，近空间高超声速飞行器已逐渐成为各军事大国为争夺未来制空天权而竞相发展的热点。20 世纪90年代以来，美国、俄罗斯、法国、德国、印度、澳大利亚和中国陆续取得了高超声速飞行技术上的重大突破和重要进展，特别是美国已进行了多次相关飞行试验。目前具有代表性的高超声速研究计划项目主要有美国的HTV-2 和X-51A 等。近空间高超声速飞行器复杂的动力学特性，未知的飞行环境和严格的控制约束给飞行控制提出了前所未有的挑战。传统飞行控制所采用的小扰动线性化和冻结系数技术、基于线性控制理论的飞行控制律设计技术、纵向、横侧向解耦控制技术以及通过设计过程的稳定裕度设计实现一定程度上的鲁棒性等方法不再适用，必须研究适应其强非线性、强耦合、快时变、强不确定性的飞行控制技术。同时，近空间高超声速飞行器飞行过程中由于热流的苛刻限制以及吸气式超然冲压发动机的特殊要求，对于攻角、侧滑角、倾侧角等姿态控制提出了很高的要求。为应对这种挑战，国内外开展了大量针对性的研究工作，取得了一系列有价值的研究成果［1-6］。

轨迹线性化控制（Trajectory Linearization Control，TLC）是在20 世纪90年代中后期逐步建立并发展起来的一种有效新颖的非线性跟踪和解耦控制方法［7-9］。……