[发明专利]一种挠性高超声速飞行器分布式故障补偿方法

说明书

本发明公开了一种挠性高超声速飞行器分布式故障补偿控制方法，包括：根据飞行器的结构及飞行环境，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；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；建立T‑S模糊容错控制框架，实现飞行器的状态在分布式故障下一致有界稳定；引入鲁棒性能指标，实现飞行器的状态在分布式故障下渐近稳定。本发明分布式故障补偿控制方法保证飞行器在发生分布式故障时，仍能够完成既定的飞行任务，提高了飞行器运行的可靠性及安全性。

技术领域

本发明属于自动控制技术领域，具体地，涉及一种挠性高超声速飞行器分布式故障补偿方法。

背景技术

随着航空航天技术的发展与进步，新型的航空航天技术相继出现。这些新型的航空应用系统自身结构特性及其复杂的工作环境，其系统动力学模型具有多变量、强耦合、快时变、强非线性等特点。特别地，当系统元部件发生故障时，系统会出现大幅度的参数或结构不确定，进而引起系统动态特性突变。若控制器无法有效应对系统的动态突变，则会导致系统性能下降，甚至不稳定，从而引发安全事故。当系统发生故障时，其动态特性将会发生改变。因此，如何增强控制系统有效处理动态突变的能力来提高系统的安全性能成为研究热点。

目前，关于挠性高超声速飞行器容错控制方法主要集中以下几个方面：(1) 基于扰动观测器的执行器故障补偿，(2) 基于自适应控制的执行器故障补偿；(3) 基于反步法技术的执行器故障补偿设计等。在以往的故障补偿设计过程中，通常情况下高超声速飞行器的挠性运动由简化的二阶常微分系统进行描述，降低的系统模型的精确性和复杂性，难以刻画飞行器实际的动力学特性，此外，上述的研究均解决执行器故障下的高超声速飞行器的容错控制问题，且分布式故障补偿问题缺乏研究。

发明内容

为了克服现有技术中存在的不足，本发明针对分布式故障下的挠性高超声速飞行器纵向动力学系统，提供了一种挠性高超声速飞行器分布式故障补偿方法，该故障补偿方法基于控制分离技术和T-S模糊控制技术，保证飞行器在分布式故障发生时仍能够具有期望的闭环稳定和输出跟踪性能，提高了飞行器控制系统的性能。

为实现上述目的，本发明采用如下技术方案：一种挠性高超声速飞行器分布式故障补偿控制方法，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；

步骤4：引入鲁棒性能指标，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。

进一步地，步骤1包括以下子步骤：

步骤11：根据飞行器的结构及飞行环境，飞行器的刚体运动由飞行高度、飞行速度、攻角、俯仰角、俯仰角速度五个飞行状态组成，将刚体运动表示为一组非线性常微分系统：