高超声速飞行器自适应抗饱和再入控制策略

"Adaptive Reentry Control for Hypersonic Vehicles with Saturation" 这篇研究论文探讨了高超声速飞行器（HSV）在再入阶段面临的舵面饱和问题以及强烈的不确定性动态特性。在高超声速飞行过程中，由于极端的气动载荷和高速运动，飞行器的舵面可能会达到其操作限制，即出现舵面饱和现象，这严重影响了飞行器的姿态控制和指令跟踪性能。针对这一问题，论文提出了一个结合外部Anti-windup系统和二阶Terminal滑模控制律的设计方案。 Anti-windup系统是一种用于补偿控制回路中饱和非线性的技术，它通过动态补偿来确保即使在舵面饱和的情况下，系统仍能保持良好的控制性能。二阶Terminal滑模控制则是一种强大的控制策略，可以确保飞行器在有限时间内快速、稳定地跟踪指令信号，即使面对复杂的动态环境和不确定性。 此外，为了应对HSV的动力学模型中的强不确定性以及可能的外界干扰，论文还引入了自适应滑模干扰观测器（ASMDO）。这种观测器能够在线估计再入过程中的气动参数不确定性以及强烈的外部干扰，而不需要预先知道干扰的边界，并且其学习参数较少，非常适合实时控制系统。通过这种方式，可以提高系统的鲁棒性，使其能够适应各种不可预见的情况。 仿真结果显示，结合了这些控制策略的系统在高超声速飞行器再入姿态控制中表现出优秀的性能和强鲁棒性。这为解决HSV再入控制的难题提供了理论基础和实用方法，对于未来高超声速飞行器的设计和控制具有重要的指导意义。该研究得到了国家自然科学基金的支持。 关键词：高超声速飞行器；再入；Anti-windup；二阶Terminal滑模控制；自适应滑模干扰观测器 中图分类号：V249（航空航天科学与技术）；TP273（自动控制技术） 文献标志码：A 文章编号：1005-2615（2015）06-0833-09 基金项目：国家自然科学基金（61304099，61374188）资助项目