非线性高阶滑动模式控制器设计:适用于高超音速飞行器的跟踪控制

0 下载量 158 浏览量 更新于2024-08-30 收藏 733KB PDF 举报
"Adaptive High Order Sliding Mode Controller Design for Hypersonic Vehicle" 这篇研究论文提出了一种针对高超音速飞行器的非线性鲁棒控制策略,旨在跟踪高度和空速的阶跃变化响应。高超音速飞行器模型具有非线性、多变量、不稳定且包含不确定参数的特点。首先,通过输入-输出(I/O)线性化技术对飞行器模型进行分析。然后,基于齐次理论设计滑模面。接下来,提出了自适应高阶滑模控制器,以应对具有边界不确定性但其边界未知提前的高超音速飞行器的跟踪问题。此外,通过李雅普诺夫理论证明了系统的稳定性。最后,通过仿真结果展示了所提控制策略的有效性。 一、引言 可靠且成本效益高的太空接入需求,无论是民用还是军用,都激发了对高超音速飞行器新的兴趣。过去几十年,美国空军和NASA在高超音速飞行器的研发和设计上投入了大量精力。尽管已有显著进展,但高超音速飞行器的控制仍然是一个极具挑战性的领域,尤其是在处理不确定性因素时。传统控制方法可能无法有效应对这些复杂情况,因此需要开发新型控制策略。 二、方法概述 1. 输入-输出线性化:这是一种非线性系统分析方法,通过对系统的输入和输出关系进行线性化处理,将非线性系统转化为线性可等效的系统,便于设计控制器。 2. 齐次理论:滑模控制的一种扩展,齐次系统具有对尺度变换的不变性,可以用来设计滑模面,使得控制器对参数不确定性具有一定的鲁棒性。 3. 高阶滑模控制器:相比于传统的第一阶滑模控制器,高阶滑模控制器能更快地驱动系统状态到达滑模面上,从而提高控制性能和抗干扰能力。同时,它通过自适应机制适应系统的不确定性,即使系统的边界未知也能有效工作。 4. 李雅普诺夫稳定性分析:李雅普诺夫稳定性理论是系统稳定性分析的基础工具,通过构造合适的李雅普诺夫函数,可以证明控制系统在不确定性存在的情况下仍能保持稳定。 三、仿真结果与讨论 仿真结果表明,所提出的自适应高阶滑模控制策略能够有效地使高超音速飞行器跟踪设定的高度和空速变化,同时在面对不确定性时保持良好的控制性能。这验证了该策略在实际应用中的潜力和有效性。 总结,这篇研究论文为高超音速飞行器的控制提供了创新解决方案,特别是在处理不确定性方面。自适应高阶滑模控制策略的提出,为未来高超音速飞行器的控制设计提供了新的思路和理论支持。