吸气式高超声速飞行器预设反演鲁棒控制

王鹏飞，罗 畅，刘承君，张 峰，章 华

(1 陆军炮兵防空兵学院，合肥 230031；2 78092部队，成都 610000)

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吸气式高超声速飞行器(air-breathing hypersonic vehicles，AHV)是一类以超燃冲压发动机为动力，可在20～100 km空间范围内以速度大于5Ma远距离飞行的新型飞行器[1-3]。但是，由于AHV具备诸多与传统低空慢速飞行器显著不同的动力学特征，使得其控制系统的设计十分困难。美国研制的X-43A高超声速验证机首次试验就因控制系统无法满足预设轨迹跟踪要求而失败。因此，设计满足性能要求的控制系统对我国AHV的发展十分关键。

目前，已有多种控制方法应用于高超声速飞行器的控制器设计，如增益调度控制[4]、反馈线性化控制[5]、滑模控制[6]和反演控制[7-9]等。其中，反演控制方法由于对严格反馈非线性系统具有良好的处理能力，因而已成为AHV主流的控制设计方法。文献[10]在反演控制的框架下，引入自适应滑模控制提升鲁棒性；文献[11]基于微分器设计干扰观测器来补偿模型中的不确定项；文献[8]和[12]分别将模糊控制、神经网络控制与反演控制相结合，有效提高了鲁棒性。

上述研究基本只考虑闭环系统的稳定性，而对控制器的瞬态性能如超调量和调节时间等指标未做约束。基于文献[13]和[14]提出的预设性能控制方法，文中提出一种预设性能反演鲁棒控制方法，实现对飞行器控制系统的瞬态性能约束。通过引入预设性能函数对速度和高度系统的跟踪误差进行转换，从而实现对误差瞬态性能的约束和调整。为提升反演控制的鲁棒性，基于改进的反正切微分器[15]构造一种新型干扰观测器对飞行器模型中的不确定项进行估计。……