一种带有观测器的飞行器性能预设控制方法*

张 远 黄万伟 田 灿

1. 北京航天自动控制研究所，北京 100854 2. 宇航智能控制技术国家级重点实验室，北京 100854

0 引言

高超声速飞行器(Hypersonic Flight Vehicle, HFV)指的是一类飞行马赫数大于5的飞行器，其航程远、速度快，可实现低成本天地往返，具有广阔的军用和民用前景[1]。由于系统表现为强非线性、快时变性的动力学特性，同时气动参数、机体参数存在大范围摄动，对姿态控制提出了更高的要求和挑战，成为近年来控制领域研究的重点之一。

近年来，学者们开展了诸多HFV控制系统的设计与研究，形成了一系列典型的控制方案架构。其中，反步法简化了针对高阶非线性系统直接设计控制器的难度，成为研究重点之一，其核心思想是将高阶非线性系统控制问题分解为多个不超过系统阶次的子系统，递归设计Lyapunov保证子系统逐步稳定，最后获得整个系统的Lyapunov稳定，实现指令的跟踪控制。文献[2]通过设计一种滑模微分器估计虚拟指令的微分信号，缓解“计算膨胀”情况，同时研究了攻角非对称时变约束控制；文献[3]进一步关注工程中的航迹倾角难测量的应用难点，用高度和速度测量值以及高阶微分器设计了航迹倾角在线估计方法，基于反步法设计航迹倾角子系统控制器，同时引入辅助系统降低执行机构饱合带来的负面影响；文献[4]则提出基于高阶跟踪微分器的减步控制方案，利用其对给定信号任意阶导数精确估计的能力，减少设计步骤，再结合扩张状态观测器(ESO, Extended State Observer)获得综合扰动值，用于补偿控制；……