模糊自适应控制技术具有不依赖于系统模型、鲁棒性强等优点,是解决非线性不确定性系统的有效工具。《高超声速飞行器模糊控制技术》在理论层面,对作者近年来在高超声速飞行器纵向鲁棒多约束控制方法上的研究成果进行较为系统的总结。
全书共6章,第1章阐述了国内外高超声速飞行器研究现状以及近年来线性、非线性和模糊等智能控制方法在高超声速飞行器控制器设计上的应用研究情况;第2章建立了完整的高超声速飞行器六自由度模型,并对飞行器纵向模型的动态特性进行了分析,为控制器设计打下良好基础:第3章针对具有不确定参数和外界未知干扰的速度和高度分系统,设计了一种基于分层模糊系统的高超声速飞行器自适应控制器;第4章针对系统执行器输入受限的实际情况,提出了一种输入受限的高超声速飞行器自适应模糊反步控制方法;第5章针对控制精度要求较高的攻角分系统,提出了基于约束Lyapunov函数和基于可规定性能的跟踪误差受限的自适应模糊反步控制器;第6章针对舵控制器具有幅值和速率约束的实际工程问题,提出了一种带有指令滤波器的自适应模糊反步控制方法。
《高超声速飞行器模糊控制技术》可作为控制理论与应用、飞行器导航、制导与控制等专业研究生和高年级本科生的教材或参考书,亦可供相关领域工程技术人员参考。
高超声速飞行器具有飞行速度快,突防能力强等优点,在国防和民用方面均具有非常重要的意义,是目前世界各国研究的热点。高超声速飞行器飞行环境复杂,以及自身的机体/发动机一体化设计使得其动力学模型具有强非线性、强耦合性和参数的不确定性。本书针对高超声速飞行器飞行控制系统的设计开展了模糊自适应控制方法的研究。主要内容如下:
(1)针对具有参数不确定性和存在外界干扰的高超声速飞行器输出跟踪控制问题,提出了一种基于分层模糊系统的自适应Ho控制器设计方法。利用分层模糊控制方法在线逼近未知函数,有效地减少了在线辨识参数,提高控制器的实时性能。并设计了鲁棒补偿项,提高了控制器的鲁棒性能。运用Lyapunov理论给出了参数的自适应律并分析证明了系统的稳定性。实验表明方法的有效性。
(2)针对系统不满足匹配条件、控制增益未知、假设俯仰角速率传感器出现故障的攻角跟踪控制和控制器出现的饱和受限问题,提出了一种模糊自适应Backstepping控制方法。首先利用模糊系统在线逼近不确定系统中的非线性函数,然后设计Butterworth低通滤波器和模糊状态观测器对控制增益未知系统中的不可直接测量状态进行估计,其次采用具有光滑特性的双曲正切函数和Nussbaum增益函数对控制输入饱和问题进行处理,最后运用Backstepping法设计出了鲁棒控制器,并利用Lyapunov理论给出了参数的自适应律。结果表明受限控制器具有很强的鲁棒性能。
(3)针对系统中出现的输出跟踪误差约束的跟踪控制问题,分别采用约束Lyapunov函数(Barrier Lyapunov Function,BLF)和可规定性能(Prescnibed Performance)两种方法对输出跟踪误差进行约束,同时考虑控制增益未知、输入受限等复杂因素,提出了两种输出跟踪误差受限的模糊自适应Backstepping控制方案。两种控制方案在保证输出跟踪误差在预设的限定范围内这个基础上,具有很强的鲁棒性能。
(4)综合考虑系统出现的各状态和执行器物理特性约束等问题,将具有幅值、速率和带宽限制的指令滤波器( Command Filter)与Back-stepping方法相结合,采用模糊逻辑系统在线逼近带有不确定参数和外界未知有界干扰的未知函数,运用Lyapunov函数给出了参数的自适应律,并分析证明了控制系统的稳定性。控制系统能够稳定跟踪给出参考指令信号,且各状态、执行器幅值均在约束范围内。