一种基于Back-stepping鲁棒自适应动态面的近空间飞行器控制系统技术方案

本发明专利技术公开了一种基于Back‑stepping鲁棒自适应动态面的近空间飞行器控制系统，该系统首先利用插值拟合得到飞行器巡航段的气动参数，建立飞行器纵向不确定严格反馈块非线性模型；其次根据飞行器的状态变量特性，将速度和高度分开控制，利用反步法依次求取控制信号，采用RBF神经网络对未知干扰进行逼近，在线实时更新参数；并针对虚拟控制信号求导困难和微分膨胀的问题，加入动态面控制方法。本发明专利技术解决了虚拟控制信号求导困难和微分膨胀的问题，具有良好的跟踪性和鲁棒性能。

【技术实现步骤摘要】
一种基于Back-stepping鲁棒自适应动态面的近空间飞行器控制系统
本专利技术涉及飞行器控制系统，尤其涉及一种基于Back-stepping鲁棒自适应动态面的近空间飞行器控制系统。
技术介绍
近空间飞行器所采用的推进动力是无需自带氧化剂的超声速燃烧冲压式发动机，气动布局为机体/发动机一体化设计。近空间飞行器的弹性机体与飞行推进系统之间存在很强的耦合性，飞行器模型的非线性特性十分严重，飞行过程具有快速时变性，近空间飞行器的气动特性变化剧烈，各种不确定性严重，传统的经典控制方法无法很好地满足飞行控制系统稳定性和强鲁棒性的性能要求。因此要保证飞行控制系统的实时性，鲁棒性和稳定性，对响应速度和控制精度提出了更高的要求，这极大地推动了先进的控制方法和控制理论关键技术的发展。近空间飞行器所处的飞行环境、自身复杂多变的气动特性对飞行控制系统的设计带来了很多技术上的难点。第一，飞行控制系统必须满足稳定性要求。大跨度飞行包络，严重的外界干扰，弹性形变、高温和低密度流效应等因素会严重影响系统的稳定性。第二，飞行控制系统必须满足鲁棒性要求。在高动压、高速环境下，各种外界干扰和内部参数变化要求飞行控制本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种基于Back‑stepping鲁棒自适应动态面的近空间飞行器控制系统，用于生成近空间飞行器的控制输入量u，使近空间飞行器快速稳定地跟踪指令信号hcmd、Vcmd；其特征在于，所述控制系统包括速度子系统控制器和高度子系统控制器，控制系统根据飞行器的状态变量特性，将速度和高度分开控制，利用反步法依次求取控制信号；采用神经网络对未知干扰进行逼近，在线实时更新参数，并加入动态面控制方法，实现鲁棒自适应性能。

【技术特征摘要】
1.一种基于Back-stepping鲁棒自适应动态面的近空间飞行器控制系统，用于生成近空间飞行器的控制输入量u，使近空间飞行器快速稳定地跟踪指令信号hcmd、Vcmd；其特征在于，所述控制系统包括速度子系统控制器和高度子系统控制器，控制系统根据飞行器的状态变量特性，将速度和高度分开控制，利用反步法依次求取控制信号；采用神经网络对未知干扰进行逼近，在线实时更新参数，并加入动态面控制方法，实现鲁棒自适应性能。2.根据权利要求1所述的近空间飞行器控制系统，其特征在于：所述控制系统适用于近空间可变翼飞行器，所述近空间可变翼飞行器的纵向姿态模型为：气动力和力矩表示为：L＝0.5ρV2sCLD＝0.5ρV2sCDT＝0.5ρV2sCTMyy＝0.5ρV2sc[CM(α)+CM(δe)+CM(q)]其中，V、γ、h、α、q、β、m、Iyy分别表示飞行器速度、飞行航迹倾斜角、飞行器高度、飞行迎角、俯仰角速率、飞行俯仰角、飞行器质量及飞行器纵向转动惯量，L、D、T及Myy分别为飞行器的升力、阻力、推力以及俯仰力矩；s、ρ、g分别是飞行器参考面积、飞行器平均气动弦长、大气密度及所在高度的重力加速度；CL、CD、CT、CM(α)、CM(q)、CM(δe)是飞行器的气动力参数；所述高度子系统控制器按照以下方式得到：对于高度给定指令信号hd，得到高度误差eh＝h-hd，对高度误差求导得到：选择给定的航迹角指令信号如下式所示：式中常数kh＞0，将γd代入上述航迹角指令信号表达式中，得到高度误差导数高度误差收敛为零；由于小翼伸缩变化、飞行测量误差、环境影响引起的参数不确定性部分用一个附加变化Δ来表示，即：m＝m0(1+Δm)Iyy＝I0(1+ΔI)s＝s0(1+Δs)c＝c0(1+Δc)CL＝CL0(1+ΔCL)CD＝CD0(1+ΔCD)Cm＝Cm0(1+ΔCm)其中，s、m、c、Iyy、CL、CD、Cm分别为近空间可变翼飞行器在巡航段飞行状态下的飞机表面积、质量、翼...

【专利技术属性】
技术研发人员：徐文萤，江驹，万月丰，蒋烁莹，
申请(专利权)人：南京航空航天大学，
类型：发明
国别省市：江苏,32