[发明专利]一种结构热试验神经网络观测器分数阶全局滑模控制方法

说明书

本发明公开了一种结构热试验神经网络观测器分数阶全局滑模控制方法，包括：根据能量守恒定律、热力学和传热学，建立结构热试验气动热地面模拟系统输入电能与输出电热能之间的数学模型；基于结构热试验气动热地面模拟系统模型，利用高斯函数构建神经网络观测器，对系统扰动进行预测；利用结构热试验气动热地面模拟系统输出跟踪误差和分数阶函数，构建分数阶全局终端滑模面；以幂次趋近律为基础，设计结构热试验气动热地面模拟系统神经网络观测器分数阶全局滑模控制器α(t)。本发明实现了对系统扰动的实时预测，解决了传统控制方法难以建立模糊控制隶属度函数和PID控制反馈滞后等问题。

技术领域

本发明涉及航天航空自动控制系统的技术领域，尤其涉及一种结构热试验神经网络观测器分数阶全局滑模控制方法。

背景技术

结构热试验是以地面等效模拟飞行器的飞行热环境，以研究和检验结构热强度、热刚度和耐热性能。常见的结构热试验以对流加热和非对流加热为两大类，其中风洞试验就是典型的对流加热试验，将高速气流与飞行器试验件之间作高速相对运动，来实现对飞行器试验件飞行热环境的动态模拟。但是风洞试验尺寸单一，对于多尺寸的飞行器适应性较差，所以非对流加热的结构热试验被提出。常见的非对流加热的结构热试验主要以辐射热为主，辐射热单元如：镍铬丝、硅碳棒、石墨棒、石英灯等。相对比以石英灯为加热单元，镍铬丝升温速率慢、硅碳棒热惯性大、石墨棒寿命短易氧化，因此，非对流加热的结构热试验以石英灯为辐射热源的应用最为广泛，但是，如何针对其建立有效的控制策略是有必要的。

在之前的石英灯加热跟踪控制中，常采用模糊控制或者传统的PID控制，前者建立繁复的隶属度函数，难以实现自适应控制，后者因为采用后置误差反馈控制存在一定的滞后性，控制精度普遍不高，抗干扰能力差等问题。

发明内容

本部分的目的在于概述本发明的实施例的一些方面以及简要介绍一些较佳实施例。在本部分以及本申请的说明书摘要和发明名称中可能会做些简化或省略以避免使本部分、说明书摘要和发明名称的目的模糊，而这种简化或省略不能用于限制本发明的范围。

鉴于上述现有存在的问题，提出了本发明。

因此，本发明解决的技术问题是：如何保证以石英灯的结构热试验非线性控制系统动、静态稳定性以及消除扰动带来的误差。

为解决上述技术问题，本发明提供如下技术方案：根据能量守恒定律、热力学和传热学，建立结构热试验气动热地面模拟系统输入电能与输出电热能之间的数学模型；基于结构热试验气动热地面模拟系统模型，利用高斯函数构建神经网络观测器，对系统扰动进行预测；利用结构热试验气动热地面模拟系统输出跟踪误差和分数阶函数，构建分数阶全局终端滑模面；以幂次趋近律为基础，设计结构热试验气动热地面模拟系统神经网络观测器分数阶全局滑模控制器α(t)。

作为本发明所述的结构热试验神经网络观测器分数阶全局滑模控制方法的一种优选方案，其中：所述结构热试验气动热地面模拟系统包括石英灯加热器、可控硅交流调压模块、GH3039K型热电偶传感器。

作为本发明所述的结构热试验神经网络观测器分数阶全局滑模控制方法的一种优选方案，其中：所述结构热试验气动热地面模拟系统输入电能和输出电热能之间的数学模型包括，