高超声速飞行器受限反演鲁棒控制设计与仿真验证

本文主要探讨了在执行机构受限条件下高超声速飞行器的控制问题，针对这一挑战，提出了一个鲁棒反演控制设计策略。高超声速飞行器由于其特殊的飞行环境和高速特性，对控制系统的稳定性和准确性有着极高的要求。在实际操作中，执行机构可能存在物理限制，例如最大推力或速度范围，这可能导致常规控制方法失效。 该研究首先关注了如何在执行器受限的情况下保持飞行器轨迹跟踪的精确度。为了解决这个问题，作者设计了一种创新的辅助系统，这个系统不仅可以补偿跟踪误差，还能调整控制指令，确保即使在执行器的物理极限下，也能保证跟踪误差的有限性。这种设计考虑了实际操作中的约束条件，提高了控制的实用性和鲁棒性。 传统的反演控制方法可能会遇到虚拟导数计算量过大的问题，为此，文中引入了滑模微分器技术。滑模微分器作为一种有效的工具，能够有效地简化虚拟导数的求解过程，从而降低计算负担，提高控制算法的实时性能。 为了进一步增强系统的鲁棒性，作者还借鉴了改进的反正切跟踪微分器（MATD）理论，设计了一种新型干扰观测器。MATD是一种能够有效处理系统不确定性、噪声和外部干扰的策略。通过MATD，干扰观测器可以实时估计并补偿这些不确定性项，确保系统在复杂的飞行环境中仍能保持稳定的控制效果。 论文通过实例仿真来验证了所提出的控制器的有效性。仿真结果表明，即使在执行器受限的条件下，新的鲁棒反演控制策略能够有效维持飞行器的轨迹跟踪，且在面对各种干扰和不确定性时，展现出良好的鲁棒性和适应性。 本文的研究成果对于高超声速飞行器的控制优化具有重要的实践意义，它提供了一种有效的方法来应对执行机构受限的问题，并展示了鲁棒反演控制在复杂飞行环境中的优越性能。这对于提升这类飞行器的安全性和效率具有显著的推动作用。