[发明专利]一种面向不确定条件下的高超声速飞行器的控制方法

权利要求书

1.一种面向不确定条件下的高超声速飞行器的控制方法，其特征是，包括以下步骤：

步骤S1，根据高超声速飞行器纵向动力学方程，对飞行速度V和飞行高度h采用全状态反馈线性化处理，得到其对应的状态方程；

步骤S2，根据此状态方程，设计反步滑模控制器，

定义滑模面：

其中，c_i＞0为参数，e_i和e₃为系统跟踪误差，

选择滑模面的双幂次趋近律为：

式中，k₁＞0,k₂＞0,η＞1,1＞λ＞0为参数；

反步滑模控制律为：

式中，x_3d为第三个子系统即快回路子系统的虚拟控制律；

步骤S3，基于此反步滑模控制器搭建试验平台，进行性能仿真。

2.根据权利要求1所述的一种面向不确定条件下的高超声速飞行器的控制方法，其特征是，步骤S1中，高超声速飞行器纵向模型的动态方程转化为如下状态方程形式：

其中u＝[β_c δ_e]^T，V为飞行速度、h为高度。

3.根据权利要求1所述的一种面向不确定条件下的高超声速飞行器的控制方法，其特征是，在步骤S2中，反步滑模控制器的设计过程为：分解为快慢不同的三个回路：快回路、较慢回路、慢回路；从离控制输入最远的慢回路子系统开始计算虚拟控制律，首先定义各个子系统的误差：

其中为跟踪的期望的指令信号，x_id为子系统的虚拟控制律；

第一个子系统即慢回路子系统跟踪误差为e₁＝x₁-x_d，等式两边分别求导后得又因为e₂＝x₂-x_2d代入得：

x_2d为第二个子系统即较慢回路子系统的虚拟控制律，设计虚拟控制律x_2d为：其中，k_x1＞0为虚拟控制律待求设计参数，将其代入到式(11)后得：

第二个子系统跟踪误差e₂＝x₂-x_2d等式两边分别求导后得则又因为e₃＝x₃-x_3d，代入后得：

x_3d为第三个子系统即快回路子系统的虚拟控制律，由式子(13)设计虚拟控制律x_3d为：其中，k_x2＞0为虚拟控制律待求设计参数，将其代入到式(13)后得

第三个子系统即快回路子系统跟踪误差e₃＝x₃-x_3d等式两边分别求导后得：

设计控制输入：

k_x3＞0为控制器设计参数，得：

4.根据权利要求1所述的一种面向不确定条件下的高超声速飞行器的控制方法，其特征是，反步滑模控制器的稳定性的计算过程为：

定义李亚普诺夫函数为：

该函数对时间的导数有：

将式子(24)和(25)代入(39)得：

因为系数k_xi＞0,k₁＞0,k₂＞0，得：

综上所述，系统状态可以在有限的时间内达到切换面，满足系统稳定条件。