基于微分平坦的高超声速飞行器跟踪控制方法

赵昱宇, 索 超, 王雨潇

(中国民航大学电子信息与自动化学院, 天津 300300)

0 引 言

然而,高超声速飞行器模型具有强不确定性,反馈线性化等方法的过度模型依赖会导致系统鲁棒性下降。自抗扰控制(active disturbance rejection control,ADRC)利用扩张状态观测器(extended state observer,ESO)估计系统总扰动,并利用非线性反馈控制律进行扰动补偿。由于其弱模型依赖、鲁棒性强等特点,ADRC在不确定系统的控制设计中得到了广泛的应用[11]。文献[11]利用ADRC的无模型信息特性提高了分布式电源逆变器的鲁棒性。文献[12]将反步法结合ADRC实现了不确定分数阶系统的跟踪控制。特别地,针对飞行器控制问题,文献[13]提出一种改进ADRC控制方法,实现了小型无人直升机姿态控制。进一步地,文献[14]对ADRC方法进行了性能分析,通过提出疲劳度的概念验证了ADRC的性能优越性。文献[15]在ADRC基础上应用了前馈控制,实现了飞行器高度的快速调节,其中所提出的稳定裕度测试子对于ADRC频域稳定性分析具有较大的理论指导意义,可以实现参数的快速整定。但在高超声速飞行器的轨迹跟踪控制问题中,系统阶数较高,需要使用高阶ESO来观测系统状态或构建串级ADRC来分别实现内外环控制[16-17],其控制性能与广泛应用的二阶ADRC姿控系统具有一定的差距。此外,高超声速飞行器飞行走廊较为狭窄,需要在控制过程中考虑状态和控制输入等多约束问题[18],飞行状态的越界可能带来系统失稳或发动机熄火等问题[19]。因此,需要一种综合控制方法来实现多约束下的高超声速飞行器稳定轨迹跟踪。……