高超声速飞行器的二型模糊自适应飞行控制方法研究

Besides fast time-varying, strong coupling, and highly nonlinear features, an Air-breathing hypersonic cruise vehicle also suffers from dynamic characteristics changes, significant model uncertainties, and severe disturbances during cruising. Compared with type-1 fuzzy systems, on the other hand, type-2 fuzzy systems can better cope with uncertainties and disturbances. Therefore, this project takes the longitudinal model of an Air-breathing hypersonic cruise vehicle as control object, investigate the adaptive flight control methods based on type-2 fuzzy systems, and realize the type-2 fuzzy adaptive flight control of the Air-breathing hypersonic cruise vehicle. The detail research items includes research on type reduction and defuzzification of type-2 fuzzy systems in order to obtain closed-form expression for control, research on type-2 fuzzy adaptive flight control methods integrating type-2 fuzzy systems and nonadaptive control approaches like dynamic inverse control or sliding-mode control, research on type-2 fuzzy adaptive flight control methods integrating type-2 fuzzy systems and adaptive control approaches like adaptive backstepping technology, and research on type-2 fuzzy indirect adaptive flight control method which takes the type-2 fuzzy systems as the main control components, and the design of flight control simulation platform. The results of this project can provide the design of flight control systems with novel approaches, and offer new ideas for theoretical researches of type-2 fuzzy systems.

高超声速飞行器除了具有快时变、强耦合、强非线性等特点之外，在飞行过程中还存在诸多的不确定性及外部干扰等，而二型模糊系统具有强的处理不确定性和外部干扰的能力，因此本项目拟以高超声速飞行器的纵向数学模型为研究对象，开展基于二型模糊系统的自适应飞行控制方法研究，实现高超声速飞行器的二型模糊自适应飞行控制。研究内容包括面向控制的具有闭形表达式的二型模糊系统的降型及解模糊化方法研究、基于二型模糊系统与非自适应控制方法如动态逆控制或滑模控制等相结合的二型模糊自适应飞行控制方法研究、基于二型模糊系统与自适应控制方法如自适应backstepping控制技术相结合的二型模糊自适应飞行控制方法研究、以二型模糊系统为主控制器的二型模糊间接自适应飞行控制方法研究、及飞行控制仿真平台设计。本项目的研究能够为飞行器控制系统设计提供新方法，也可以为二型模糊系统的理论研究提供新思路。

高超声速飞行器具有快时变、强耦合、强非线性、及强不确定性等特点，而二型模糊系统具有较强的处理不确定性和外部干扰的能力，因此本项目以高超声速飞行器的纵向数学模型为研究对象，开展了基于二型模糊系统的自适应飞行控制方法研究。首先分析了基于LM方法、WT方法和NT降型方法等的区间二型模糊逻辑系统的逼近性能，证明了采用这些方法的区间二型模糊系统具有一致逼近能力，给出了基于单调性的二型模糊控制器的设计方法。然后，提出了动态逆控制与二型模糊系统相结合的自适应飞行控制方法、滑模控制与二型模糊系统相结合的自适应飞行控制方法、自适应Backstepping技术与二型模糊系统相结合的自适应飞行控制方法、基于二型模糊自适应观测器的鲁棒飞行控制方法、以二型模糊系统为主并以H无穷控制为辅的二型模糊自适应控制方法、以二型模糊系统为主的二型模糊神经网络自适应控制方法等。并设计开发了一套飞行控制仿真平台，集成了多种控制方法。不同控制方法的性能比较表明基于二型模糊系统的自适应飞行控制方法能获得比一型模糊控制、动态逆控制、滑模控制等更好的控制性能。