基于Terminal滑模的空天飛行器再入魯棒自適應控制.pdf

1、空天飛行器(ASV)是新一代的航空航天器，它將填補臨近空間(Near Space)航空航天活動的空白，并且具有極其重要的軍事價值。ASV再入大氣層的飛行環(huán)境變化劇烈、干擾大，因而其姿態(tài)控制系統(tǒng)的設計是一項非常前沿的研究課題。本文圍繞這一問題，對ASV再入飛行的高精度、強穩(wěn)定、快速自適應魯棒控制問題展開了較為深入的研究。 首先，在實驗室已有成果的基礎上，建立了ASV的再入模型，其控制系統(tǒng)包含反作用發(fā)動機(RCS)和控制舵面，以滿足

2、不同飛行階段的控制要求。然后對其開環(huán)性能進行了分析，結(jié)果表明該模型具有復雜的非線性、耦合性以及快速時變性等特點，具有一定的代表性，可以為后續(xù)的研究工作提供參考。 其次，基于Terminal滑?？刂品椒ㄑ芯苛薃SV再入飛行控制系統(tǒng)的設計問題。在對綜合干擾進行一定假設的條件下，得到了具有有限時間收斂特性的Terminal滑模閉環(huán)控制系統(tǒng)，可以保證系統(tǒng)跟蹤誤差在有限時間內(nèi)收斂到零，從而提高了系統(tǒng)的響應速度。為了消除前述假設，提出另一種

3、基于神經(jīng)網(wǎng)絡的自適應Terminal滑?？刂品桨?，可以在線消除系統(tǒng)的綜合干擾，并對閉環(huán)穩(wěn)定性進行了嚴格的證明。兩種方案都在ASV高超聲速再入飛行條件下進行了仿真驗證。 隨后，為了更有效消除綜合干擾的影響，且易于工程應用，提出了基于模糊干擾觀測器的自適應Terminal滑模控制方法，并基于Lyapunov穩(wěn)定性理論給出了嚴格的穩(wěn)定性證明。進一步，通過改進模糊干擾觀測器的自適應律，設計了快速模糊干擾觀測器，大大加快了其逼近速度，并將

4、其應用到ASV再入飛控系統(tǒng)的設計中。最后的仿真結(jié)果進一步顯示了該方法的優(yōu)越性。 在第五章中，重點研究了閉環(huán)系統(tǒng)的有限時間收斂特性和自適應律運算效率的問題。為了明確得到基于快速模糊干擾觀測器的閉環(huán)系統(tǒng)的收斂時間，保留了模糊系統(tǒng)的逼近誤差。此時，閉環(huán)系統(tǒng)誤差不再收斂到零，而是收斂到可以任意小的某些區(qū)域。本章研究的另一個問題是如何減輕機載計算機的運算量。通過提出一種新型參數(shù)自適應律，將模糊系統(tǒng)在線調(diào)整的參數(shù)減少到兩個，大大提高了運算效

5、率。 第六章首先分析了Terminal滑模面設計參數(shù)對滑模區(qū)域及達到時間的影響，然后設計了基于T-S模糊模型的時變自適應Terminal滑?？刂葡到y(tǒng)。該方法采用T-S模糊系統(tǒng)在線逼近綜合干擾，且時變滑模面有利于增大滑模區(qū)域，提高系統(tǒng)的魯棒性，縮短到達時間。 最后，研究了ASV狀態(tài)觀測器的設計問題。在考慮系統(tǒng)量測噪聲的情況下，對系統(tǒng)進行兩次擴張，設計了基于超扭曲算法(Super-twisting)的新型擴張狀態(tài)觀測器，保證