一种高超声速飞行器全剖面自适应控制方法技术

本发明专利技术涉及一种高超声速飞行器全剖面自适应控制方法，针对再入式高超声速飞行器在全剖面飞行过程中的控制器切换问题，设计了一种基于神经网络的自适应控制方法。首先，建立再入式高超声速飞行器的六自由度模型；其次，通过坐标变换，将六自由度模型转换为严反馈形式；再次，引入神经网络来估计系统中的非线性部分；最后，通过反步法设计自适应律以及控制律。本发明专利技术能够解决再入式高超声速飞行器的全剖面姿态跟踪控制问题，避免了控制器在全剖面飞行过程中的切换，适用于高超声速飞行器姿态跟踪控制。

A full section adaptive control method for hypersonic vehicle

The invention relates to a full profile adaptive control method of a hypersonic vehicle. Aiming at the controller switching problem of a reentry hypersonic vehicle in the process of full profile flight, an adaptive control method based on neural network is designed. Firstly, the six degree of freedom model of reentry hypersonic vehicle is established; secondly, the six degree of freedom model is transformed into strict feedback form by coordinate transformation; thirdly, neural network is introduced to estimate the nonlinear part of the system; finally, the adaptive law and control law are designed by backstepping. The invention can solve the problem of the whole profile attitude tracking control of the reentry hypersonic vehicle, avoid the switch of the controller in the whole profile flight process, and is suitable for the attitude tracking control of the hypersonic vehicle.

【技术实现步骤摘要】
一种高超声速飞行器全剖面自适应控制方法
本专利技术涉及一种高超声速飞行器全剖面自适应控制方法，主要应用于再入式高超声速飞行器的全剖面姿态跟踪控制，属于飞行器控制

技术介绍
弹道导弹具有很好的远程打击能力，但其弹道比较固定，随着导弹防御系统的快速发展，目前世界各大国的导弹防御系统均具备对弹道导弹助推段、中段、末段的拦截能力，使得弹道导弹的突防能力与生存能力受到极大威胁。巡航导弹虽然能够在大气层内机动，但是其射程较近，远程打击能力不强。因此目前世界各大国正加紧发展一种能够将弹道导弹的远程打击能力与巡航导弹的机动灵活相结合的再入式高超声速飞行器。再入式高超声速飞行器之所以引起了广泛的重视，最主要的原因是其具有优良的弹道特性，这种弹道特性结合了弹道导弹与巡航导弹的弹道特点，不但射程远，而且机动能力强、打击精度高，在提高突防能力和增强打击能力方面具有极大的优势。再入式高超声速飞行器可以依靠其独特的外形，借助大升阻比带来的气动升力实现远距离机动滑翔飞行，避免了弹道导弹弹道固定、易于拦截的缺陷。再入式高超声速飞行器的另一个优势就是其可以采用天基、地本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种高超声速飞行器全剖面自适应控制方法，其特征在于：包括以下步骤：/n第一步，建立再入式高超声速飞行器六自由度模型；/n第二步，对第一步所建立的六自由度模型进行坐标变换，将其换为严反馈形式模型；/n第三步，引入神经网络来估计第二步严反馈形式模型中所包含的非线性部分；/n第四步，通过反步法结合第三步中神经网络对前面的严反馈形式系统设计自适应律以及控制律。/n

【技术特征摘要】
1.一种高超声速飞行器全剖面自适应控制方法，其特征在于：包括以下步骤：
第一步，建立再入式高超声速飞行器六自由度模型；
第二步，对第一步所建立的六自由度模型进行坐标变换，将其换为严反馈形式模型；
第三步，引入神经网络来估计第二步严反馈形式模型中所包含的非线性部分；
第四步，通过反步法结合第三步中神经网络对前面的严反馈形式系统设计自适应律以及控制律。


2.根据权利要求1中所述的一种高超声速飞行器全剖面自适应控制方法，其特征在于：所述第一步，建立再入式高超声速飞行器的六自由度模型为：















其中，V，θ，ψv分别代表速度，航迹偏航角，航迹倾斜角；Jl，Jn，Jm分别代表绕x，y，z轴惯量；Ml，Mn，Mm分别代表滚转，偏航，俯仰力矩；ωl，ωn，ωm分别代表滚转，偏航，俯仰角速度；xl，yl，zl分别代表x，y，z方向的位移；α，β，γv分别代表攻角，侧滑角，速度滚转角；T，L，Z，D分别代表推力，升力，阻力和侧向力；g为重力加速度常数，m为飞行器质量；r1，r2，r3为系统中可忽略的小量；分别为V，θ，ψv，ωl，ωn，ωm，α，β，γv对于时间的一阶导数。


3.根据权利要求1中所述的一种高超声速飞行器全剖面自适应控制方法，其特征在于：所述第二步，对第一步所建立的六自由度模型进行坐标变换，将其换为严反馈形式模型如下：
首先将六自由度模型的姿态控制部分分解为三个姿态子系统，分别为俯仰通道模型、偏航通道模型和滚转通道模型：
俯仰通道模型：



偏航通道模型：



滚转通道模型：



然后分别将其转化为严反馈形式：









式中：









其中，状态变量[x1,x2,x3,x4,...

【专利技术属性】
技术研发人员：王陈亮，李梓明，郭雷，乔建忠，
申请(专利权)人：北京航空航天大学，
类型：发明
国别省市：北京;11