[发明专利]一种结构热试验基于系统模型的滑模控制方法

权利要求书

1.一种结构热试验基于系统模型的滑模控制方法，其特征在于：包括，

根据能量守恒定律，建立高超声速飞行器气动热地面结构热试验系统数学模型；

利用跟踪误差、非线性函数、分数阶微分和分数阶积分构建非线性分数阶滑模面方程；

基于所述结构热试验系统数学模型、所述非线性分数阶滑模面、超螺旋趋近率和时间延时观测器，构建可控硅导通角α(t)的控制器；

建立Lyapunov函数V(s)，满足V(s)正定，半负定，得到验证收敛性收敛于平衡状态。

2.根据权利要求1所述的结构热试验基于系统模型的滑模控制方法，其特征在于：根据所述能量守恒定律建立输入输出能量守恒等式，得到当前温度T₁和双向晶闸管的导通角α之间的数学关系，即所述数学模型，包括，

Q＝w

其中，w是电源提供的电能，Q是结构热试验加热元件吸收的电热能，等式左边分别为用于结构热试验加热元件自身消耗的内能、对流换热过程中损失的热能、热传导过程中损失的热能、热辐射效应输出的热能，c、m、T₁、T₀、A、ε、Δt分别为结构热试验加热元件的比热容、质量、当前温度、初始温度、表面积、黑度系数、工作时间，β、λ、σ、F分别为对流换热系数、导热系数、斯蒂芬-玻尔兹曼常数、角系数，等式右边U_I为输入电压即电源两端电压，R为结构热试验加热元件电阻之和，α为双向晶闸管的导通角。

3.根据权利要求2所述的结构热试验基于系统模型的滑模控制方法，其特征在于：还包括，

其中，是T₁对时间的导数。

4.根据权利要求2或3所述的结构热试验基于系统模型的滑模控制方法，其特征在于：建立所述非线性分数阶滑模面方程，包括，

定义跟踪误差表达式为：

e(t)＝T₁^*-T₁

其中，T₁^*为T₁的目标值，e(t)为跟踪误差；

非线性函数fal(e,γ,η)包括，

其中，γ和η用于非线性函数调参，0＜γ＜1,η0；

其中，和用于滑模面调节参数，和分别为分数阶的微分和分数阶的积分。

5.根据权利要求4所述的结构热试验基于系统模型的滑模控制方法，其特征在于：所述时间延时观测器包括，

其中，为结构热试验系统的输入扰动，为G(t)的观测值，v为延时时间。

6.根据权利要求5所述的结构热试验基于系统模型的滑模控制方法，其特征在于：所述超螺旋趋近率包括，

其中，λ₃和λ₄是超螺旋趋近率调参系数，λ₃0,λ₄0，是观测误差且存在上界，误差上界满足条件

7.根据权利要求6所述的结构热试验基于系统模型的滑模控制方法，其特征在于：所述可控硅导通角α的控制器包括，

其中，为期望输出温度T₁^*的导数。

8.根据权利要求7所述的结构热试验基于系统模型的滑模控制方法，其特征在于：所述Lyapunov函数，包括，

其中，V(s)为Lyapunov函数。

9.根据权利要求8所述的结构热试验基于系统模型的滑模控制方法，其特征在于：收敛性验证包括，

V(s)0

其中，为V(s)的导数；

δ^T＝[|s(t)|^1/2sign(s(t))-λ₄∫sign(s(t))dt]，

当条件满足时，即存在使得s能够收敛到稳定状态s₀。