《多約束條件下高超聲速機動飛行的自適應控制策略研究》是依託南京航空航天大學，由都延麗擔任項目負責人的青年科學基金項目。
基本介紹
- 中文名：多約束條件下高超聲速機動飛行的自適應控制策略研究
- 項目類別：青年科學基金項目
- 項目負責人：都延麗
- 依託單位：南京航空航天大學
項目摘要,結題摘要,
項目摘要
高超聲速飛行器（HSV）是21世紀爭奪制空制天權的殺手鐧武器。為完成突防和打擊任務，研究HSV的機動飛行具有重大國防意義。針對滑翔式HSV,再入軌跡規劃與控制研究較為成熟,但其機動控制的理論研究還不充分。首先，本項目研究機動狀態、控制舵面和打擊入射角等多約束條件下的HSV飛行控制問題，提出含約束指標的連續時間非線性廣義預測控制方法,並結合新的共軛梯度anti-windup設計來解決狀態和舵面約束問題,提出改進Rodriguez參數法表達HSV歐拉角的方法來處理大入射角約束。其次，研究近空間環境干擾下的機動飛行自適應控制問題，提出建立重力波、風切變干擾下的HSV模型，提出自組織調整結構的B樣條遞歸泛函連線網路自適應控制方法來進行內外環動態干擾和不確定的線上估計與補償，並引入終端吸引子來提高自適應控制算法的快速性以使其有限時間內收斂。本課題將為HSV機動飛行控制器的設計提供理論依據和技術支持。
結題摘要
高超聲速飛行器（HSV）是21 世紀爭奪制空制天權的殺手鐧武器。開展控制舵面、飛行狀態等多約束條件下HSV機動飛行的非線性控制方法研究，尋求有效的自適應控制策略來實現近空間環境干擾中的快速穩定控制，具有重要的研究意義和價值。經過三年的研究，我們在以下方面獲得了有意義的成果： （1）本項目推導和確定了可用於高超聲速再入機動飛行的HSV非線性數學模型。該模型基於圓球形大地假設條件，包含地球自轉角速率、近空間大氣擾動和反作用控制系統的影響，為項目開展提供了較為完整的對象十二狀態方程。另外，對HORUS-2B飛行器進行了氣動參數建模，得到了適用於大範圍機動飛行仿真的飛行器對象。（2）針對HSV控制舵面約束問題，提出改進粒子群算法最佳化外部anti-windup抗飽和補償系統的方法，結合非線性廣義預測控制來解決舵面約束對機動飛行姿態和航跡控制的影響，使受約束影響的飛行控制系統達到了接近標稱系統的性能要求。針對此問題，還設計了抗舵面飽和輔助設計系統，結合backstepping動態面控制能夠有效補償舵面受限的影響。（3）HSV在機動飛行時，通常對飛行狀態如迎角、傾側角有約束性要求。針對此約束問題，推導了基於Barrier李雅普諾夫函式的受限非線性廣義預測控制律並證明其穩定性，HSV再入機動的仿真實驗也驗證了此受限控制律的有效性。（4）針對控制迴路中存在的近空間大氣干擾等動態參數不確定和干擾，首次提出自組織調整結構的泛函連線網路自適應控制方法以改善估計效果和減少網路權值學習參數。HSV機動飛行仿真試驗表明，該網路能夠根據系統誤差自適應調整結構，具有良好的干擾抑制能力。另外，針對此問題，還提出了改進滑模干擾觀測器等魯棒控制方法來抑制複合干擾影響，實現了HSV的再入橫向機動飛行。（5）搭建了再入機動飛行控制半物理仿真平台。通過HSV模型C#程式的開發、DSP的非線性控制算法開發與實現、舵機參數辨識、上下位機通信程式的開發以及閉環控制系統的整體調試，構成了能夠實現機動飛行控制半物理仿真的基礎實驗平台。
