吸气式高超声速飞行器反演鲁棒控制器设计与仿真验证

本文主要探讨了吸气式高超声速飞行器在纵向平面飞行控制中的挑战与解决方案。针对气动、推进和结构耦合带来的复杂性，研究者提出了一种基于反演的鲁棒控制器设计方法。首先，通过曲线拟合技术，将原本复杂的控制系统转换为反馈形式，简化了实际操作过程。这种方法允许设计出虚拟控制器和实际控制器，其中虚拟控制器负责理想性能的实现，而实际控制器则处理实际系统的动态特性。 为了克服虚拟控制量计算过程中可能出现的导数求解难题，文中引入了鲁棒微分器技术。这种工具能够有效地估计虚拟控制量的导数，减少了计算复杂度，提高了控制器的实时性。这在高超声速飞行器这样的极端环境中尤为重要，因为精确的动态响应是确保飞行稳定的关键。 为了增强控制器对系统不确定性的鲁棒性，研究人员设计了一种超扭曲滑模干扰观测器。这种观测器可以实时监测并估计系统模型中的不确定因素，如模型偏差或外部干扰，然后通过补偿这些不确定性，提高了控制器的稳定性和控制精度。 通过对吸气式高超声速飞行器的一体化原理模型进行速度和高度指令跟踪的仿真，结果显示，该控制器有效地对抗了拟合误差和外部干扰，使系统状态在指令跟踪过程中趋向于平衡状态。这充分证明了提出的反演控制和鲁棒性设计方法在实际应用中的有效性。 本研究着重于解决吸气式高超声速飞行器纵向运动控制中的复杂问题，通过创新的反演控制策略和鲁棒设计，提升了飞行器的动态性能和稳定性，对于这类高速飞行器的自主控制和导航具有重要意义。