项目名称: 具有非最小相位特性的高超声速飞行器面向控制建模与控制策略研究

项目编号: No.61273092

项目类型: 面上项目

立项/批准年度: 2013

项目学科: 自动化技术、计算机技术

项目作者: 宗群

作者单位: 天津大学

项目金额: 79万元

中文摘要: 由于采用机体/发动机一体化设计和特殊结构,高超声速飞行器存在气推耦合和弹性形变问题,使其模型具有非最小相位特性,引起不稳定的零动态的问题,导致系统稳定跟踪存在严重的安全隐患,一旦被激发它将使整个系统失控。项目拟从主动抑制不稳定零动态出发,解决高超声速飞行器稳定跟踪控制的瓶颈问题。通过分析非最小相位特性,摸清不稳定零动态变化规律,找到稳定零动态的条件,采用模型处理技术,建立面向控制模型;研究稳定零动态的动态补偿器设计方法,考虑主动抑制不稳定零动态和给定时间收敛的需求,结合动态补偿和高阶滑模理论,综合设计非线性鲁棒控制器,研究稳定跟踪控制策略;针对系统部分状态未知,采用浸入和不变技术,综合设计非线性观测器和非线性鲁棒控制器;建立系统性能评价体系,完善全数字仿真平台。该项目为具有非最小相位特性的高超声速飞行器跟踪控制提供新思路和新途径,对其他空天飞行器的稳定跟踪控制具有重要理论意义和应用前景。

中文关键词: 高超声速飞行器;不稳定零动态;主动抑制;面向控制的建模;非线性鲁棒控

英文摘要: As a result of the airframe/engine integrated design and special structure, hypersonic vehicle was characterized by the coupling of airframe-propulsion system and elastic deformation, which lead to its non-minimum phase characteristics, and hence the unstable zero dynamics. The stable tracking of the system suffered serious security risks, and once excited, the unstable dynamics would cause the whole system out of control. The project intended to solve the critical problem of stable tracking control for hypersonic vehicles starting from active inhibition of the unstable zero dynamics. Through the analysis of non-minimum phase characteristics, the discipline of the unstable zero dynamics was studied, the stable zero dynamic conditions was examined, and a control-oriented model was developed. The project, in the next step, studied dynamic compensator design method. Nonlinear robust controller was obtained based upon dynamic compensator and high-order sliding mode control theory, in order to fulfill the demand of actively inhibiting the unstable dynamics and convergence time. In what followed, the project considered the fact that some of the states were unknown, and used the theory of immersion and invariance for the comprehensive design of nonlinear observer and robust controller. With all the work above, all-digi

英文关键词: Hypersonic Vehicle;unstable zero dynamics;active inhibition;control-oriented modeling;Nonlinear Robust Control

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