吸气动力型高超声速飞行器跟踪控制与仿真研究

摘要本文介绍了一种用于吸气动力型高超声速飞行器（HAVS）输出的灵活的非脆弱跟踪控制方案。由于空气动力学、推进系统与结构动力学之间复杂的相互作用，使得这个问题极具挑战性。本文通过建立HAVS 模型，然后转换成线性变参数系统，选择依赖于状态量和时参的增益调度变量。有了控制器，利用指定的参考模型就可以得出跟踪误差。本文通过Lyapunov方法，同时设计非脆弱输出跟踪控制器以此来保证跟踪误差是鲁棒稳定的，使用 LMI 工具箱求解可行的增益。最后，通过仿真结果可以显示所提出的控制设计方案是有效的。
毕业论文关键字吸气式高超声速飞行器(HAVS) 线性参数变化系统(LPV) 非脆弱控制增益调度控制输出跟踪控制仿真分析
Title Nonfragile Output Tracking Control of Hypersonic Air-Breathing Vehicles With an LPV Model
Abstract
This paper presents a new non-fragile output tracking control scheme for flexible
supersonic air-breathing vehicles(HAVS).This problem is challenging due to the
complex interactions between the aerodynamics,the propulsion system and the
structural dynamics. By utilizing the curve-fit and the least-squares methods,a
new model for HAVS is established,and then converted into a linear parameter
varying system,in which the scheduling variables depend on a handful of meaningful
states and parameters.With a special reference method supposed by this article,
then non-fragile output tracking controller will be designed in order to ensure
the tracking error dynamics of robust stability.Finally,the simulation results
show that the proposed control design scheme is effective.
Keywords Hypersonic air-breathing vehicles(HAVS) linear parameter-varying systems(LPV) non-fragile control scheduling gain control output tracking control simulation analysis.
目次
1 引言 1
1.1 研究背景和意义 1
1.2 动力型高超声速飞行器研究现状 1
1.3 课题研究的主要内容与方法 3
1.4 本文结构安排 4
2 吸气式高超声速飞行器建模 5
2.1 吸气式高超声速飞行器系统模型建立 5
2.2 非线性模型的线性化 7
3 系统控制器的设计 10
3.1 控制增益的选择 10
3.2.1 理论准备 10
3.2.2 证明过程 11
4 LMI 求解控制增益. 13
4.1 LMI 简介. 13
4.2 解出控制增益 13
5 仿真结果 16
结论 21
致谢 22
参考文献 231 引言
1.1 研究背景和意义
高超声速飞行器是指飞行马赫数大于 5，以吸气式发动机或其组合发动机为主要动力，
能在大气层和跨大气层中远程飞行的飞行器，其应用形式包括高超声速巡航导弹、高超声速
有人/无人飞机、空天飞机和空天导弹等多种飞行器。它的反应时间非常短、机动灵活、又由
于速度非常之快的特点，使得其备受当今世界各国的关注。高超声速飞行器为了实现高超声
速飞行的需要，多采用集体和发动机高度一体化的结构，这导致推进系统和操控舵面还有结
构形变之间存在明显的耦合干扰[1]
，同时在飞行过程中受外界的干扰以及各种因素的影响，
都使得其有非常复杂的飞行特性，所以要想对其系统进行有效的控制，就不可避免的要考虑
这些所有因素，否则无法进行精确而有效的控制。同时吸气式高超声飞行器（HAVS）的跟踪
控制研究又是至关重要的，因为它们可能代表一个更有效率进入太空的方式，甚至使太空旅
行与洲际旅行的内城旅行一样容易。
追求更快的飞行速度，一直都是飞行器发展历程中一个重要的特征。速度的提高所能带
来的实际益处是显而易见的：在相同运输距离上使得所需时间大大的缩短；信息化战争中速吸气动力型高超声速飞行器跟踪控制与仿真研究:http://www.youerw.com/zidonghua/lunwen_20988.html