高超声速飞行器Nussbaum自适应容错控制应对舵面故障与参数不确定性

本文主要探讨了高超声速飞行器在面临双舵面故障及系统参数不确定性情况下的Nussbaum增益自适应容错控制策略。高超声速飞行器由于其特殊的工作环境和高速特性，对其控制系统的要求极为苛刻，特别是当舵面出现故障时，需要确保系统的稳定性和性能。 作者徐斌彦和齐瑞云，来自南京航空航天大学自动化学院，针对高超声速飞行器的纵向动力学模型，首先采用高度连续求导的方法，将高度子系统的输入输出模型线性化，这是控制器设计的基础步骤。通过状态反馈，设计出期望的控制信号，这一过程旨在确保飞行器能够精确地响应指令并保持预定的高度轨迹。 然而，实际操作中存在参数不确定性和可能出现的舵面故障，这些是飞行器控制中的关键挑战。为了克服这些问题，文章引入了Nussbaum增益自适应控制技术。Nussbaum增益是一种有效的自适应控制策略，它允许控制器在面对参数变化和未知函数时，依然能够保持稳定性和性能。作者巧妙地结合参数化方法和自适应律，解决了期望控制律中参数不确定性和控制方向函数未知的问题。 在考虑舵面故障的情况下，文章进一步分析了容错参数与故障参数之间的匹配条件，以确保容错控制器能够在故障发生时及时调整，维持飞行器的正常运行。通过Lyapunov稳定性理论，作者证明了整个闭环控制系统的稳定性，即系统能够在受到扰动后恢复到稳定状态。 此外，论文还表明高度跟踪误差在控制器的作用下能够渐近收敛至零，这保证了飞行器高度控制的精度。同时，所有系统信号都被证明具有界性，即它们不会无限制地增长，这是系统稳定性的重要标志。 值得注意的是，这个控制方案不仅适用于高度跟踪，也适用于速度跟踪控制器的设计，显示了其通用性和实用性。作者通过Matlab的仿真研究，验证了所设计控制器的有效性和合理性，进一步增强了该控制策略的实际应用价值。 总结来说，这篇研究论文提供了一种新颖且实用的控制方法，对于提高高超声速飞行器在复杂条件下的鲁棒性和可靠性具有重要意义，为相关领域的工程实践提供了理论支持。