[发明专利]一种挠性高超声速飞行器分布式故障补偿方法

权利要求书

1.一种挠性高超声速飞行器分布式故障补偿方法，其特征在于，具体包括如下步骤：

步骤1：根据飞行器的结构及飞行环境，采用常微分系统与偏微分系统相互耦合的分布参数系统刻画飞行器纵向动力学系统特性，采用T-S模糊控制技术将常微分系统进行分段线性化；基于偏微分系统建立分布式故障下的挠性高超声速飞行器纵向动力学系统模型；

步骤2：根据步骤1建立的分布式故障下的挠性高超声速飞行器纵向动力学系统模型，基于对分布式故障的结构特性分析，得出分布式故障存在于偏微分系统的内部动态，构造可逆的状态变换，将分布式故障全部传递至偏微分系统的边界上，得到等价动力学系统模型；

步骤3：建立T-S模糊容错控制框架，基于步骤2得到的等价动力学系统模型，采用线性矩阵不等式的方法得到控制增益矩阵，将控制增益矩阵输入建立的T-S模糊容错控制框架中，实现飞行器的状态在分布式故障下一致有界稳定；具体包括如下子步骤：

步骤31：设计T-S模糊容错控制框架具有如下的结构：如果ξ₁(t)属于F_j1，…，ξ_κ(t)属于F_jκ，那么其中，K_1j代表待求解的状态反馈控制增益矩阵，K_2j代表待求解的输出反馈控制增益矩阵，K_3j代表待求解的故障补偿矩阵，p代表所发生分布式故障的维数，U₁(t)用于实现期望的飞行器系统稳定和输出跟踪，U₂(t)用于保证补偿分布式故障，则将T-S模糊容错控制框架表示为：

其中，

步骤32：将T-S模糊容错控制框架带入等价动力学系统模型中，得出如下闭环系统：

w_tt(z,t)+ηw_zzzz(z,t)＝0

其中，A_c(ξ(t))为飞行器刚体运动闭环系统的系统矩阵，A_c(ξ(t))＝A(ξ(t))+B(ξ(t))K₁(ξ(t))；B_c1(ξ(t))为飞行器刚体运动闭环系统的增益矩阵，B_c1(ξ(t))＝B(ξ(t))K₂(ξ(t))；B_c2(ξ(t))为飞行器刚体运动闭环系统的故障补偿矩阵，B_c2(ξ(t))＝B(ξ(t))K₃(ξ(t))；

步骤33：根据步骤2中的闭环系统，选择如下李雅普诺夫函数：

其中：

θ₁₁代表待求解的第一常数，w_z(z,t)代表等价偏微分系统在相对位置z处旋转角度，θ₁₂代表待求解的第二常数，z代表等价偏微分系统与质心的相对位移，w_t(z,t)代表等价偏微分系统在相对位置z处的纵向速率，θ₂₂代表待求解的第三常数，w_zz(z,t)代表等价偏微分系统在相对位置z处的弯曲力矩，为常数矩阵；

步骤34：根据步骤33中李雅普诺夫函数的正定性及其导数的负定性，建立一组线性矩阵不等式约束，求出待求解的输出反馈控制增益矩阵K_2j、待求解的故障补偿矩阵K_3j；所述一组线性矩阵不等式约束为：

其中，★代表矩阵的对称元素，为已知的常数向量，ε₁和ε₂为待求解的系数，为待求解的第一常数矩阵，为待求解的第二常数矩阵；

步骤35：基于步骤34中求解的第一常数矩阵Q_1j和第二常数矩阵W，得出状态反馈控制增益矩阵

步骤36：将求解的状态反馈控制增益矩阵K_1j、输出反馈控制增益矩阵K_2j、故障补偿矩阵K_3j输入步骤31的T-S模糊容错控制框架中，实现飞行器的状态在分布式故障下一致有界稳定；

步骤4：引入鲁棒H_∞性能指标，基于步骤3的T-S模糊容错控制框架，设计基于控制分离的鲁棒T-S模糊容错控制机制，建立线性矩阵不等式，得到控制增益矩阵，将控制增益矩阵输入建立的T-S模糊容错控制框架中，实现飞行器的状态在分布式故障下渐近稳定；具体包括如下子步骤：

步骤41：引入鲁棒性能指标H_∞

其中，α₀代表H_∞性能指标系数；

步骤42：根据李雅普诺夫函数的正定性及其导数的负定性以及引入的鲁棒H_∞性能指标，建立线性矩阵不等式约束，求出待求解的输出反馈控制增益矩阵K_2j、待求解的故障补偿矩阵K_3j；所述线性矩阵不等式约束为：

其中，为待求解的第三常数矩阵，为待求解的第四常数矩阵，

步骤43：基于步骤42中求解的第三常数矩阵E_1j和第四常数矩阵Z，得出状态反馈控制增益矩阵

步骤44：将求解的状态反馈控制增益矩阵K_1j、输出反馈控制增益矩阵K_2j、故障补偿矩阵K_3j输入步骤31的T-S模糊容错控制框架中，实现飞行器的状态在分布式故障下渐近稳定。