高超聲速飛行器氣動(dòng)參數(shù)辨識(shí)與LPV混合控制方法研究.pdf

1、高超聲速飛行器擁有極快的飛行速度及極高的靈活性,具有很高的軍事價(jià)值及商用價(jià)值,在近年來(lái)越來(lái)越受到科研工作者的關(guān)注。然而,高超聲速飛行器模型復(fù)雜、受飛行環(huán)境影響大、非線性和耦合性強(qiáng)等特點(diǎn)導(dǎo)致氣動(dòng)參數(shù)變化劇烈,難以實(shí)現(xiàn)有效建模與控制。因此,針對(duì)在氣動(dòng)參數(shù)劇烈變化條件下高超聲速飛行器的氣動(dòng)參數(shù)辨識(shí)及跟蹤控制問(wèn)題,本文進(jìn)行了以下四方面的研究。
　　針對(duì)高超聲速氣動(dòng)模型復(fù)雜,并且氣動(dòng)參數(shù)受環(huán)境影響大,具有很強(qiáng)的非線性及隨機(jī)性,導(dǎo)致難以精確建

2、模的問(wèn)題,利用極大似然法結(jié)合內(nèi)點(diǎn)法對(duì)氣動(dòng)參數(shù)進(jìn)行了準(zhǔn)確的離線估計(jì)。首先,引入未知參數(shù)的先驗(yàn)知識(shí)作為辨識(shí)問(wèn)題的約束,將傳統(tǒng)極大似然估計(jì)轉(zhuǎn)化為帶約束的優(yōu)化問(wèn)題,減少了傳統(tǒng)極大似然法對(duì)初值的依賴性;其次,在引入內(nèi)點(diǎn)法求解優(yōu)化問(wèn)題的過(guò)程中,對(duì)基于拉格朗日乘子法及松弛因子的算法進(jìn)行了簡(jiǎn)化,降低了離線辨識(shí)算法的復(fù)雜度。
　　針對(duì)氣動(dòng)參數(shù)變化劇烈,而且在線估計(jì)中受采樣數(shù)據(jù)量的限制,難以保證估計(jì)精度的問(wèn)題,本文結(jié)合遞推極大似然法,將離線辨識(shí)算法擴(kuò)

3、展到在線辨識(shí)中。利用未知參數(shù)的先驗(yàn)知識(shí)作為約束,將遞推極大似然估計(jì)轉(zhuǎn)化為約束優(yōu)化問(wèn)題,減少了遞推極大似然法對(duì)初值的依賴性;在迭代求解的過(guò)程中,直接引入障礙函數(shù)項(xiàng),避免了拉格朗日乘子結(jié)合松弛因子的算法在線求解參數(shù)估計(jì)問(wèn)題時(shí)的復(fù)雜計(jì)算,實(shí)現(xiàn)氣動(dòng)參數(shù)的快速在線估計(jì)。
　　針對(duì)高超聲速飛行器模型參數(shù)快速時(shí)變且受環(huán)境影響大,采用單一的控制器難以實(shí)現(xiàn)有效控制的問(wèn)題,設(shè)計(jì)基于混合機(jī)制的縱向線性變參數(shù)(LPV)魯棒控制器。首先,建立 LPV模型確

4、定對(duì)飛行器模型影響較大的參數(shù)的變化范圍;然后,利用混合控制機(jī)制設(shè)計(jì)了LPV混合魯棒控制器,實(shí)現(xiàn)了巡航段的跟蹤控制。
　　針對(duì)高超聲速飛行器再入過(guò)程中飛行包線大導(dǎo)致氣動(dòng)參數(shù)變化范圍巨大,簡(jiǎn)單的區(qū)域LPV控制器難以實(shí)現(xiàn)全飛行包線的有效控制的問(wèn)題,設(shè)計(jì)了基于滯后切換策略的LPV混合魯棒控制系統(tǒng)。首先,將整個(gè)飛行區(qū)域劃分成若干飛行子區(qū)域,在每個(gè)飛行子區(qū)域中利用混合機(jī)制設(shè)計(jì)LPV混合魯棒控制器。然后,選取高度和速度作為調(diào)度變量,利用滯后切換