执行器故障下动态突变非线性系统的自适应控制方法及其应用

This project aims at developing new adaptive control methods for uncertain nonlinear systems with uncertain dynamics mutation and actuator failures, for which mutation of interactor matrix, mutation of stability of zero dynamics and mutation of system functions are considered, respectively. As a basis, the key characterizations of the system before and after dynamics mutation are analyzed, with which different controllers are designed for desired nominal performance when the parameters from the system and actuator failures are known. With the dynamics mutation indicating function, a multi-design integration framework is used for developing adaptive control schemes for the desired system stability and output tracking performances when system parameters are unknown. A comprehensive simulation platform is established for hypersonic vehicles, and is used for the verification of new adaptive control methods. The developed adaptive control methods are for improving the ability of dealing with dynamic mutation of nonlinear systems to enhance the system reliability, which provide effective control theory foundations and design references for flight safety of hypersonic vehicles.

本项目，以高超声速飞行器为应用背景，针对执行器故障下动态突变的非线性系统，展开新的自适应控制方法研究及仿真验证。..考虑三种动态突变情况：关联矩阵突变、零动态稳定性突变及系统动态函数突变。深入分析动态突变前后系统的本质特性，掌握其全局动态特性；建立各个适用的控制器，解决突变前后标称系统的执行器故障补偿控制问题；引入突变指示函数，利用多设计融合的思想，构建全局自适应控制器，保证不确定非线性系统的整体稳定和跟踪性能。建立高超声速飞行器的综合仿真平台，验证方法的有效性。..本项目旨在研究新的自适应控制方法，增强执行器故障下非线性系统应对动态突变的能力，提高系统的可靠性，为高超声速飞行器的安全飞行控制提供新的理论基础和技术参考。

本项目，以飞行器为背景，针对执行器故障下动态突变的非线性系统，深入研究新的自适应控制理论技术，主要研究结果有.（1）针对因执行器故障而引起的非线性系统动态函数不确定突变问题，本项目基于多模型技术和piecewise理论，研究了一套新的自适应控制技术，其可以保证系统期望的执行器故障补偿和渐近输出跟踪性能。.（2）针对因执行器故障而引起的相位突变的线性系统，本项目提出一种新的基于控制分离的LQ控制技术，此理论可以有效处理系统的相位突变问题，同时保证期望的执行器故障补偿、输出跟踪和性能最优。.（3）考虑多方位湍流风扰动下飞行器系统的关联矩阵突变的问题，本项目提出一种基于piecewise的模型参考自适应控制理论。. .此外，本项目还拓展研究了变体飞行器系统的自适应控制问题，变体飞行器具有明显的动态突变特性，所提出的控制方法可以有效用于其输出控制控制设计。.本项目所研究的新的自适应方法，可有效增强执行器故障下非线性系统应对动态突变的能力，提高了系统可靠性，为飞行器的安全飞行控制提供了新的理论基础和技术参考。