灵活高超音速飞行器的强适应型模糊逻辑控制设计

"这篇文章提出了一种用于控制柔性空气呼吸式高超音速飞行器纵向动力学的鲁棒自适应类型-2模糊逻辑控制器。飞行器的俯仰运动和结构振动在动力学方程中被显式地强耦合。通过动态反演控制方法设计油门设置来控制速度，而升降舵偏转则用于稳定俯仰率和柔性模式，并最终通过后退步进控制方法分步骤控制高度。在控制设计中，积极利用柔性模式来抵消跟踪误差和结构振动。后退步进控制中的虚拟控制信号及其导数通过命令滤波器获得，其幅度、带宽和速率限制可以设定。速度和高度命令的过渡过程也通过命令滤波器得到。不确定性在线通过区间类型-2自适应模糊逻辑系统进行估计，模糊逻辑系统的自适应律通过Lyapunov综合方法导出。仿真结果证明了该控制器的有效性。" 本文详细探讨了针对柔性空气呼吸式高超音速飞行器的控制系统设计。高超音速飞行器在飞行过程中面临复杂的气动和结构问题，尤其是俯仰运动与结构振动之间的强烈耦合，这要求控制器具备高度的鲁棒性和适应性。文章提出的自适应类型-2模糊逻辑控制器能够有效地解决这一挑战。 首先，控制器的设计中，油门设置被用来通过动态反演控制方法调控飞行器的速度。这种控制策略基于对飞行器动态模型的深入理解和逆向工程，能够将复杂的非线性系统转化为易于控制的形式。 其次，升降舵的偏转不仅用于稳定俯仰率，还用于抑制由飞行器结构弹性引起的振动，同时实现对飞行高度的精确控制。通过后退步进控制方法，控制设计能够逐步分解任务，确保每个阶段的稳定性，从而有效地抑制不确定性和扰动。 此外，文章引入了命令滤波器来获取虚拟控制信号及其导数，这是为了平滑控制输入并防止过快的变化，以增强系统的稳定性和性能。滤波器的参数如幅度、带宽和速率限制可以根据实际需求进行调整，增强了控制器的灵活性。 对于飞行器在飞行过程中遇到的不确定性，如模型误差和环境变化，采用了区间类型-2自适应模糊逻辑系统在线估计。这种系统具有更强的描述不确定性的能力，能够处理模糊边界和内部变化的情况。模糊逻辑系统的自适应律是基于Lyapunov稳定理论推导得出，保证了系统全局稳定性的同时，能够自动调整参数以适应环境变化。 最后，通过仿真实验，验证了所提控制器在控制飞行器俯仰、振动和高度方面的有效性，表明该方法能够有效应对高超音速飞行器的复杂动态特性，提供稳健且适应性强的控制性能。 这篇研究论文展示了自适应类型-2模糊逻辑控制器在处理高超音速飞行器控制问题上的潜力，为解决此类飞行器的动态控制提供了新的思路和技术。