飞行控制系统中反步控制算法的研究与设计

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随着科技的发展,现代战争对飞行器性能提出了更高的需求:高速性、隐蔽性、强机动性等,基于飞行器系统的非线性性,时变及强耦合等特点,对系统的控制器设计提出了更大的挑战。反步控制技术旨在提出虚拟控制器的观点,利用系统的结构特性一步步递推构建出整个系统的控制算法。该控制策略在选取李雅普诺夫函数和控制器设计时具有较大的灵活性,通过选取适当的李雅普诺夫函数和设计参数,能够提升系统的暂态响应。鉴于其独特的设计过程同时又能够处理非匹配不确定性问题,反步控制在飞机、导弹、电机、机器人等控制系统中已取得初步的进展。本文在反步控制策略普适性算法的基础上,分别研究了高超声速飞行器系统和BTT导弹飞行系统中的反步控制器设计。首先依据高超声速飞行器特点,建立纵向模型,纵向方程具有严格反馈的形式,然后采用反步法来设计控制器。由于飞行器飞行过程中不可避免存在着参数摄动、外部扰动、未建模动态和不确定性等因素,为保证系统精度,论文通过神经网络逼近未知非线性函数,采用反步控制技术设计了神经网络自适应反步控制器,提高了系统的鲁棒性。此外,通过分析BTT导弹飞行系统的特点:由俯仰、偏航、滚转三个通道组成,我们将具有耦合三通道系统的BTT导弹飞行系统看作由三个子系统组成的关联系统,使用分散控制策略来设计控制器,针对每一个子系统建立反步控制算法,提出了神经网络自适应控制器。仿真结果表明本论文所设计反步飞行控制器保证了闭环飞行控制系统的稳定性并具有一定的鲁棒性。
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