模糊滑模控制提升高超声速飞行器姿态稳定性

本文主要探讨了在高超声速飞行器（Hypersonic Vehicle, HV）的姿态控制中，如何利用模糊控制（Fuzzy Control）与二阶滑模控制（Second-order Sliding Mode Control, SSMC）的有效结合。由于HV在高速飞行时，气动参数（Aerodynamic Parameters）的变化会导致飞行动态的不确定性，传统的控制器可能难以应对这种复杂环境。因此，研究者提出了自适应模糊二阶滑模控制器（Adaptive Fuzzy Second-order Sliding Mode Controller, AFSSMC），它能更好地处理这种不确定性。 在控制器设计上，文章遵循奇异摄动理论（Singular Perturbation Theory），构建了一个快速和慢速双闭环系统，分别控制角速率和姿态角。这样的设计可以实现对飞行器姿态的精确和快速响应，同时通过二阶滑模控制策略，有效地抑制抖振问题，提高系统的稳定性和鲁棒性。 模糊逻辑（Fuzzy Logic）被用来逼近HV的动力学和运动学模型中的非线性和不确定性部分，使得控制器能够动态地适应这些变化，提供有效的补偿。这一步骤是基于Lyapunov稳定性理论，通过对模糊规则参数的自适应调整，确保整个闭环控制系统能够在面对气动参数波动时保持稳定。 通过仿真结果，研究人员证明了他们提出的自适应模糊滑模控制系统对于抑制气动参数对HV姿态控制的影响具有显著效果，展现出良好的姿态角指令跟踪性能。这一创新方法不仅提高了HV的姿态控制精度，还增强了其在极端条件下的飞行能力，为高超声速飞行器的设计与控制提供了重要的理论支持和实践指导。