高超声速近空间飞行器带有时域约束的大包线鲁棒自适应控制

高超声速近空间飞行器是在近空间执行特定任务的飞行器，集飞机、空天飞行器、轨道战斗机等多方面优点于一体，飞行速度快，具备在1小时内打击地球上任意目标的能力，是21世纪争夺制空/天权、进行空天作战的杀手锏武器。开展高超声速飞行控制理论研究对于维护我国的空天安全具有重大意义。大包线飞行是确保飞行器实现快速打击、增加飞行任务灵活性和安全性的有效手段，针对大包线飞行时，模型气动、推进特性剧烈变化以及具有强非线性、强耦合、不确定等特性，本项目拟研究基于多模型的大包线鲁棒自适应飞行控制理论和系统设计方法；根据模型特性，在飞行包线的多个稳定区域内建立相应的非线性子模型；针对每一个子模型，研究带有时域约束的鲁棒自适应非线性控制；继而研究控制系统智能切换决策，设计多模型切换系统，以实现子模型间的连续切换、正确切换、稳定切换，并进行飞行仿真验证；丰富和发展我国高超声速近空间飞行器控制系统设计理论和仿真方法。

高超声速近空间飞行器飞行速度快，突防能力强，飞行高度高，在未来战争中可达到先发制人、远程快速全球打击的目的，具备能够在任何时间使在全球任何地点的高价值目标陷于险境或对其实施打击的能力。因此，开展高超声速近空间飞行器的基础研究，对维护和提升我国的空天和国防安全具有重要的理论意义和工程应用价值。高超声速近空间飞行器飞行控制理论与技术是支撑其研究发展的核心理论与技术之一，它的研究对高超声速近空间飞行器的成功研制和保障良好的飞行性能影响极大。.本项目参考国内外公开发表的文献资料，建立了攻角/马赫数/推力相互耦合的发动机模型，与Winged-Cone 模型共同构成大包线范围内气动/推进/结构强耦合的一体化弹性模型。.在所建立的气动/推进/结构强耦合的一体化模型基础上，提出了一种基于反步控制方法的输入约束控制系统设计方法，该控制器可以保证高超声速飞行器在舵面偏转和偏转率的约束下，闭环系统稳定；.介于飞行器攻角对飞行器发动机稳定性的严重影响，我们提出了一种具有状态约束的反步控制系统设计的理论与方法，利用指令滤器抑制执行器饱和，同时还可以满足飞行器对状态约束的要求，提高了系统在执行器饱和情况下的运行稳定性；.在前述控制器设计理论与方法研究基础上，结合智能自适应方法研究抗饱和鲁棒稳定控制器设计理论与方法，提出了具有多约束的鲁棒自适应反步控制器设计方法，可以同时降低干扰和饱和对控制系统稳定性的影响；.提出了一种多变量PI预测函数控制方法，通过改变预测函数的目标函数形式，将PI与多变量预测函数结合在一起，形成同时具有PI和预测函数控制的优点的改进型多变量预测函数控制算法，并设计了高超声速飞行器的姿态控制系统。