基于多模型机制的高超声速飞行器自适应跟踪控制与稳定性分析

本申请项目针对大空域、大包线飞行条件下高超声速飞行器稳定跟踪控制问题，在多模型自适应控制的框架下，以不确定和快时变特性影响下的气动参数变化为出发点，研究基于多目标优化和极大似然法的气动参数模型集优化设计与在线辨识。通过引入Nonlinear Sequential Loop-Closure的控制结构，设计局部非线性鲁棒控制器。并利用非线性观测器对飞行状态的估计，再结合基于模糊隶属度函数的气动参数子模型区间融合技术，研究多个控制器的自适应混合控制策略，实现飞行器的稳定控制。在此基础上，进行不同飞行阶段下局部和全局的稳定性分析，并借助于仿真平台，开展验证实验研究，以期形成一种能够面向高超声速飞行器实际控制需要的、系统化的稳定跟踪控制理论与方法。

本项目针对高超声速飞行器大范围不确定条件下的稳定跟踪控制系统设计问题，开展了深入而系统的研究，完成了规定的研究内容，取得了如下研究成果：首先，利用多项式混沌法，分析了气动参数的随机不确定特性。并研究了辨识策略，在凸优化条件下，结合极大似然法和内点法，提出了气动参数的离线和在线辨识方法。然后，设计了基于积分滤波器的自适应广义反步控制器，在此基础上，利用滑模观测器等非线性观测技术，解决了航迹角和攻角难以准确测量的问题。并基于动态面控制策略，结合模糊自适应和Nussbaum增益等技术，分别针对飞行器的参数摄动、外界扰动、控制器奇异等问题，设计了较为系统的鲁棒自适应非线性控制方法，并借助于输入状态稳定和小增益定理，保证了闭环系统的稳定性。此外，对于升力与升降舵偏转角耦合所导致的非最小相位问题，提出了基于互联子系统的自适应非线性等效控制策略。最后，对于大包络飞行，研究了多目标优化理论，提出了大范围纵向巡航和再入过程的LPV混合控制策略。本项目的研究对于高超声速飞行器控制系统的体系化设计具有一定的学术价值和理论意义。