改进的时变干扰观测器提升高超声速飞行器容错控制

本文主要探讨了一种针对高超声速再入飞行器(HRV)的容错控制策略设计，特别是在执行机构故障情况下提升其姿态控制性能的关键技术。该研究的核心是结合了时变干扰观测器和参考轨迹重构器(RVG)的滑模控制方法。 首先，作者提出了一种新型的自适应干扰观测器(ADO)，它在估计系统扰动的同时，显著降低了传统干扰观测器在初始阶段可能出现的严重超调问题。自适应性使得该观测器能有效地根据系统实时变化的情况调整其参数，从而提高估计精度并确保系统的稳定性。 接着，滑模控制策略基于反步法设计，这是因为在处理系统故障时，常规的高增益干扰观测器可能会因故障突变导致控制器输出的初始尖峰。通过引入参考轨迹重构器，策略可以有效地缓解这种突变的影响，使系统能够平滑过渡，避免控制系统性能急剧下降。 在滑模面的设计中，ADO所估计的系统扰动被用来实现在线补偿，这意味着控制器能够在飞行器运行过程中实时调整，以抵消外部干扰和潜在的未知误差。这种实时补偿机制对于保持飞行器稳定性和精确控制至关重要。 通过仿真结果的验证，研究者证实了所提出的控制策略能够有效地克服传统滑模控制在面对执行机构故障时遇到的问题，如突变和初始估计误差引起的动态性能下降。这不仅提高了HRV在故障条件下的控制性能，也为高超声速飞行器的可靠性提供了强有力的保障。 本文的研究对于提升高超声速飞行器的鲁棒性和控制精度具有重要意义，为实际应用中的飞行器设计提供了先进的控制理论和技术支持。