高超声速飞行器复合自适应浸入与不变控制方法研究

Based on the current research of immersion and invariance (I&I) theory and the technical demands for the flight control of the air-breathing hypersonic vehicles (AHSVs), a new method called composite adaptive immersion and invariance theory will be researched and further applied to the flight control of AHSVs in this project. On one hand, the concept of composite adaptive I&I will be proposed first. Then the stability mechanism and design principles for this method will be investigated, and the problems of the output feedback control and the ideal internal dynamics based on this theory will be solved. The results of the composite adaptive I&I theory will be extended to both the linear systems and the nonlinear ones, thus building up a novel nonlinear adaptive control method. On the other hand, the dynamics of AHSVs will be deeply discussed to investigate the various restrained conditions during the hypersonic flight. Considering these restrained conditions, both the designs of the attitude control system and the output feedback control system for AHSVs will be researched, based on the composite adaptive I&I theory. Finally, the integrated flight control design of AHSVs will be achieved using the composite adaptive I&I theory. These results of this project can offer both new ideas for the theoretical research of I&I theory and theoretical basis for the control technology breakthrough of AHSVs.

针对浸入与不变理论的研究现状和高超声速飞行控制的技术需求，本项目开展复合自适应浸入与不变方法及其在高超声速飞行控制领域的应用研究。一方面提出复合自适应浸入与不变的概念，开展复合自适应浸入与不变理论的稳定机理与设计准则研究，解决复合自适应浸入与不变理论框架下输出反馈控制和理想内模求解的设计约束问题，并将结果扩展到一般的线性和非线性系统中，构建一种新的非线性自适应控制方法；另一方面，以高超声速飞行器为控制对象，深入分析飞行过程中模型的各类约束性条件，基于复合自适应浸入与不变理论，解决多约束条件下的姿态控制系统以及输出反馈控制系统的设计，完成高超声速飞行器的综合飞行控制方法研究。本项目的研究既能为浸入与不变方法的理论研究提供新的思路，也能为高超声速飞行控制技术突破夯实理论基础。

本项目针对浸入与不变理论的研究现状和高超声速飞行控制的技术需求，开展基于复合自适应浸入与不变理论的高超声速飞行器控制方法研究。主要研究内容包括首先开展复合自适应浸入与不变理论的稳定机理与设计准则研究，然后以高超声速飞行器为控制对象，基于复合自适应浸入与不变理论，解决多约束条件下的姿态控制系统以及输出反馈控制系统的设计，最后完成高超声速飞行器的综合飞行控制方法研究。项目从2017年开始执行，到2019年底顺利完成各项任务，相继完成了复合自适应浸入与不变理论的稳定机理与设计准则研究、基于复合自适应浸入与不变理论的高超声速飞行器控制系统设计、基于σ修正的浸入与不变鲁棒自适应反步控制方法研究、以及基于σ修正浸入与不变鲁棒自适应理论的高超声速飞行器综合飞行控制系统设计。本项目共发表论文14篇，其中SCI检索论文3篇，EI检索论文11篇，构建了复合自适应浸入与不变理论方法体系，实现了多约束条件下的高超声速飞行器综合飞行控制系统设计。项目完成了预期目标。