项目名称: 非最小相位高超声速飞行器多变量约束的预定性能控制研究

项目编号: No.61503323

项目类型: 青年科学基金项目

立项/批准年度: 2016

项目学科: 自动化技术、计算机技术

项目作者: 王芳

作者单位: 燕山大学

项目金额: 20万元

中文摘要: 高超声速飞行器的机体/发动机一体化引起气推耦合和弹性形变问题,导致模型具有非最小相位特性即零动态是不稳定的,一旦被激发将造成系统失控,导致飞行器的飞行存在严重的安全隐患。非最小相位、多变量约束等问题给高超声速飞行器控制提出新的挑战和困难。项目针对高超声速飞行器控制展开系统性研究,提出非最小相位和多变量约束下新的控制策略。首先,深入探究非最小相位特性,确定稳定零动态的条件,融入控制需求,建立面向控制模型;其次,基于面向控制模型,针对刚体和弹性不稳定零动态的特点,分别设计有效抑制它们的虚拟控制器和动态补偿器;再次,构造RBF神经网络解决输入约束问题,并提出自适应有限时间控制策略;进一步,融入暂态性能约束,提出保证暂态性能和稳态性能的预定性能控制策略;最后,通过半实物仿真验证所提出的控制方法的有效性。项目的研究将丰富和发展高超声速飞行器的控制理论,对其他飞行器的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;多变量约束;有限时间控制;预定性能控制

英文摘要: The integration of the scramjet engine of hypersonic vehicle (HSV)results in the coupling between propulsive and aerodynamic forces and flexible deformation, which cause the model has non-minimum phase characteristics, i.e., zero dynamics are unstable. Once the unstable zero dynamics are excited, the whole system would be out of control, then the flight of HSV suffers serious security risks. Non-minimum phase and multivariable constraints raise new challenges and difficulty for the control problem of HSV. This project systematically studies the tracking control problem of HSV, and proposes novel control strategy to solve the non-minimum phase and multivariable constraints problem. Firstly, non-minimum phase characteristics are deeply researched, and the conditions for the stablization of unstable zero dynamic are achieved, then a control-oriented model is developed. Secondly, based on control-oriented model, considering the different characteristics of rigid-body unstable zero dynamics and flexible unstable zero dynamics, a virtual controller and a dynamic compensator are designed to actively inhibit them, respectively. And RBFNN is proposed to handle the input contraint problem. Based on above, an adaptive finite time control strategy is developed. To proceed, taking into account the constraint of transient performance, a prescribed performance control scheme is proposed to guarantee the transient performance and steady performance. Finally, the effectiveness of the proposed methods are testified by hardware in the loop simulation. The research enriches and develops the control theory of HSV, and it has theoretical significance and application prospects for other kinds of aerospace vehicles.

英文关键词: hypersonic vehicle;unstable zero dynamics;multivariable constraints;finite time control; prescribed performance control

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