超声速飞行器的加速度/角速度组合过载控制原理研究

过载控制方法在超声速飞行器控制系统设计中得到了广泛应用，但现有的几种过载控制方法在应用中存在一些不足之处，例如，需要测量攻角或角加速度，但它们是很难准确测量的；为此，本项目提出一种仅需测量和控制飞行器的加速度和角速度的组合过载控制方案，该方案不测量飞行器的攻角、角加速度等状态量，但仍能保证攻角为稳定的。针对超声速飞行器的飞行特性呈现强时变、强耦合、强非线性的特点以及结构与参数不确定性等特性，研究采用基于支持向量机网络和Anti-Windup补偿器的自适应滑模控制技术设计组合过载控制系统，以解决超声速飞行器过载输出的非最小相位问题、具有参数和非参数不确定性、未建模动态及干扰的超声速飞行器系统建模与控制器设计问题、考虑执行机构受限情况下的控制器Anti-Windup设计等关键问题。研究成果将为我国超声速飞行器控制系统的研制与设计提供理论基础和技术支持，具有重要的理论价值和广阔的应用前景。

过载控制方法在超声速飞行器控制系统设计中得到了广泛应用，对于尾控型飞行器而言，从舵偏角输入到过载输出之间的动力学存在非最小相位特性，它会引起控制系统内部动态不稳定。为了解决非最小相位问题，我们提出了一种仅测量和控制飞行器的加速度和角速度的组合过载控制方法。.第一部分研究了组合过载控制原理。建立了飞行器俯仰通道和偏航通道的运动方程组，以俯仰通道为例进行了研究。将过载和角速度线性组合构造了组合状态量，并将其作为系统的新输出量，求解了组合过载控制系统转变为最小相位系统的条件。.第二部分设计了具有不确定性和未建模动态的超声速飞行器的控制器。将未建模动态、参数不确定项、通道间耦合项和外界干扰等汇总在一起，得到了“汇总不确定项”。采用扩张状态观测器方法设计了不确定项估计器，进而设计了基于扩张状态观测器的自适应滑模控制器，作为组合过载控制系统中的控制器。进行了飞行器特征点仿真分析，采用试凑法选取了控制器参数，保证了系统新输出量的跟踪误差和过载的跟踪误差都收敛到零。.第三部分研究了执行机构受限的组合过载控制系统的抗饱和问题。分别采用传统静态抗饱和算法、超前静态抗饱和算法、传统动态抗饱和算法和超前动态抗饱和算法设计了抗饱和补偿器。特征点仿真分析表明，传统静态抗饱和补偿器没有完成抗饱和任务，其它三种补偿器很好地完成了抗饱和任务，明显地减轻了执行机构的工作强度。.第四部分设计了弹道起点不确定情况下的超声速导弹的大空域飞行弹道。建立了三维弹目相对运动模型，分别设计了虚拟目标扩展比例导引律和虚拟目标变结构导引律。仿真结果表明，超声速导弹从发射范围内任意高度上发射，两种导引律都能引导导弹顺利地完成大空域飞行弹道，很好地解决了弹道起点不确定的问题。.本项目研究成果为我国超声速飞行器的控制系统设计和研制工作提供了理论基础和技术支持，在改进和优化我国现役超声速导弹的飞行弹道方面也具有非常重要的借鉴价值。