基于自適應(yīng)滑模的近空間飛行器容錯(cuò)控制技術(shù)研究.pdf

1、本文主要針對(duì)近空間飛行器的飛控系統(tǒng)出現(xiàn)故障的情形，進(jìn)行了故障建模及故障診斷與容錯(cuò)控制技術(shù)的研究工作。本文主要涉及飛控系統(tǒng)的故障類型有近空間飛行器的執(zhí)行器故障，結(jié)構(gòu)故障等。近空間飛行器是國(guó)際未來戰(zhàn)爭(zhēng)的主要武器之一，近些年來，各軍事強(qiáng)國(guó)爭(zhēng)相研究，目前美國(guó)達(dá)到領(lǐng)先水平，已經(jīng)在不同馬赫數(shù)測(cè)試成功，最高已達(dá)到20馬赫。而我國(guó)近空間飛行器的研制技術(shù)尚不樂觀，各方面仍在努力的進(jìn)行著。因此，為了我國(guó)的軍事領(lǐng)先和國(guó)家安全，近空間飛行器技術(shù)的研制應(yīng)加快趕超

2、國(guó)際上其它軍事強(qiáng)國(guó)的水平。
　　相比較普通的飛行器，近空間飛行器有其獨(dú)特的優(yōu)點(diǎn)和缺點(diǎn)：一方面，速度快、飛行包絡(luò)大、攻擊力強(qiáng)、隱形性好；另一方面，飛行環(huán)境復(fù)雜、機(jī)體材料要求很高、強(qiáng)耦合性、非線性。上述復(fù)雜的因素導(dǎo)致了飛行器在執(zhí)行任務(wù)的過程中極易出現(xiàn)故障，從而引起災(zāi)難性的事故和人員傷亡。由此可見，確保近空間飛行器的飛行安全顯得尤為重要，開展近空間飛行器的的故障診斷與容錯(cuò)控制技術(shù)是必要的。圍繞這一研究方向，本文主要框架如下：
　　

3、首先，介紹了近空間飛行器的研究背景及意義。按照不同的原理對(duì)近空間飛行器進(jìn)行分類以及近空間飛行器的飛控系統(tǒng)的故障類型，并概述了故障診斷與容錯(cuò)控制技術(shù)及近空間飛行器故障診斷與容錯(cuò)控制技術(shù)的研究現(xiàn)狀及面臨的問題。
　　其次，主要介紹了兩個(gè)方面內(nèi)容：一方面，詳述了近空間飛行器的姿態(tài)模型和縱向模型，并通過分析了二者的特點(diǎn)，選取了適合控制要求的動(dòng)力學(xué)模型作為研究對(duì)象；另一方面，近空間飛行器故障模型的建立。其中，包括執(zhí)行器故障建模，傳感器模型建

4、模，結(jié)構(gòu)損傷建模，并介紹了其具體的物理意義。
　　再次，基于二階動(dòng)態(tài)終端滑?？刂?，可以有效地克服抖動(dòng)現(xiàn)象，并能快速、準(zhǔn)確地在有限的時(shí)間內(nèi)跟蹤期望信號(hào)的優(yōu)點(diǎn)，考慮了近空間飛行器的執(zhí)行器單通道故障，外部干擾和模型不確定性同時(shí)存在的情況，基于對(duì)系統(tǒng)進(jìn)行分階的思想，分別設(shè)計(jì)了終端滑模容錯(cuò)控制和自適應(yīng)動(dòng)態(tài)滑模容錯(cuò)控制方案，仿真證明了所設(shè)計(jì)的算法有良好的容錯(cuò)能力。
　　然后，針在執(zhí)行器動(dòng)態(tài)損傷和執(zhí)行器失效兩種故障同時(shí)發(fā)生的情況下設(shè)計(jì)了一

5、套主動(dòng)容錯(cuò)控制方案，其中包括滑模觀測(cè)器的設(shè)計(jì)和自適應(yīng)滑模容錯(cuò)控制器設(shè)計(jì)。此方案能夠在兩種故障同時(shí)發(fā)生時(shí)在線估計(jì)故障的大小并適時(shí)將故障信息的更新到控制器中，成功實(shí)現(xiàn)姿態(tài)跟蹤。
　　隨后，針對(duì)近空間飛行器的結(jié)構(gòu)損傷，垂直尾翼的破損進(jìn)行結(jié)構(gòu)故障的建模工作，通過仿真曲線對(duì)比更新氣動(dòng)參數(shù)的系數(shù)，使得出現(xiàn)結(jié)構(gòu)損傷的動(dòng)力學(xué)方程盡量的接近真實(shí)的物理模型；進(jìn)而采用Backstepping和RBF神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)控制技術(shù)對(duì)結(jié)構(gòu)故障系統(tǒng)進(jìn)行重構(gòu)控制方案設(shè)計(jì)。實(shí)