[发明专利]一种高超声速飞行器动态增益调度控制器设计方法

说明书

本发明公开了一种高超声速飞行器动态增益调度控制器设计方法，本发明针对目前已有的高超声速飞行器控制系统以高超声速飞行器动力学模型为基础设计控制器时，无法避免飞行过程中因为系统速度、动压等因素的变化给系统的稳定性带来的影响，给出了一种连续动态增益调度控制器的设计方法。本发明针对具有执行器饱和的高超声速飞行器系统，基于低增益反馈控制设计了一种连续动态增益调度控制器，避免了执行器饱和的发生，且提高了高超声速飞行器系统的动态性能。

技术领域

本发明属于现代飞行器控制领域，针对提高高超声速飞行器的动态性能，设计了一种连续动态增益调度控制器。通过设计具有执行器饱和的切换系统的连续动态增益调度控制器，实现了提高高超声速飞行器系统动态性能的控制目标，适用于高超声速飞行器的控制。

背景技术

随着科学技术的发展，航空航天技术领域也在不断进步，高超声速飞行器的技术突破，对于国际战略格局、军事对比以及民用航空都有着十分重要的意义。甚至会对国家的综合国力产生深远的影响。因此，高超声速飞行器飞行过程中的动态性能是具有研究价值的。

高超声速飞行器融合了航天与航空的很多前沿技术，因此，其具有复杂的气动特性、模型非线性程度高、飞行高度与速度跨度大、飞行环境复杂等特点。因此，在其飞行过程中动压、模型的非线性以及突然的高度与速度的跨度都会对其稳定性产生影响。这也使高超声速飞行器的稳定性控制的难度变得越来越大。

目前，已有的高超声速飞行器控制系统，以高超声速飞行器动力学模型为基础设计控制器，无法避免飞行过程中会因为系统速度、动压等因素的变化给系统的稳定性带来的影响。因此，设计一种控制方法避免系统速度、动压等因素的变化给系统的稳定性带来的影响，提高高超声速飞行器系统的动态性能具有重要的意义。

发明内容

本发明针对现有控制方法的不足，由于高超声速飞行器模型的复杂性，传统控制方法很难使其快速达到稳定。我们提出了一种连续动态增益调度控制器，来提高飞行器系统的动态特性。

本发明提出了高超声速飞行器动态增益调度控制器设计方法，以飞行器的飞行包线根据飞行器速度与动压进行分区，避免系统飞行过程中因系统速度、动压等因素的变化给系统的稳定性带来的影响。本发明实现了提高高超声速飞行器动态性能的控制目标。

本发明的具体步骤是：

步骤1、建立高超声速飞行器的状态空间模型

定义系统状态空间模型

其中X＝[V h α θ Q Φ Ψ]^Τ表示状态向量，其中V表示飞行器速度，h表示飞行器飞行高度，α表示飞行器攻角，θ表示飞行器俯仰角，Q表示飞行器俯仰角速率，Φ表示飞行器发动机燃量比，u＝[Φ δ_e δ_c]^Τ为控制输入向量，其中δ_e表示飞行器的升降舵偏角，δ_c表示飞行器前置翼偏角。为常数矩阵；σ(t)表示切换信号，从集合中取值，其中M为大于1的整数。根据飞行器速度与动压对飞行器的飞行包线进行分区，分为M个子系统。sat(·)为饱和函数，具有如下形式

sat(u)＝[sat(u₁) sat(u₂) … sat(u_m)]^T

且

I[1,m]表示集合{1,2,3...,m}，m≥1，上标T表示矩阵的转置。假设系统是稳定的且矩阵的特征值都位于闭的左半平面，因此存在一个非奇异矩阵T，有