[发明专利]考虑执行机构故障的高超声速飞行器保性能容错控制方法

说明书

本发明公开了一种考虑执行机构故障的高超声速飞行器保性能容错控制方法，涉及飞行器控制领域，主要解决高超声速飞行器有限故障条件下对于给定高度/速度指令的精确跟踪控制问题。构造基于韩式跟踪微分器的新型预设性能机制以实现误差的先验调节，并克服传统预设性能控制快速约束导致的暂态抖震难题；设计低计算复杂度的最小参数学习(MLP)神经网络学习器实时消除集总扰动对AHV模型的影响；最后，综合MLP观测器与新型预设性能机制，实现有限故障条件下对于给定高度/速度指令的精确跟踪控制。本发明综合了MLP观测器与新型预设性能机制，对有限故障条件下实现给定高度/速度指令的精确跟踪控制有重要意义。

技术领域

本发明涉及飞行器控制领域，具体为一种考虑执行机构故障的高超声速飞行器保性能容错控制方法，主要解决高超声速飞行器有限故障条件下对于给定高度/速度指令的精确跟踪控制问题。

背景技术

吸气式高超声速飞行器(Airbreathing Hypersonic Vehicle，AHV)，一般是指飞行马赫数不小于5Ma，且以吸气式超燃冲压发动机为动力的飞行器。AHV有重要的民用、军事价值和战略意义，具有高速度、高机动性、大飞行包线等众多优势。随着飞行时间的增加和控制损耗的出现，AHV作动器可靠性下降，不可避免发生诸如精度损失、效率衰减等故障模式，严重影响AHV飞行安全和稳定性。亟需设计具有容错能力的控制系统，使AHV能在非健康条件下保持其自身的稳定性并快速恢复跟踪性能，对于外部环境和突发故障具备较好的适应性。

现有的AHV容错控制方法大多仅能实现所有误差信号最终一致有界，难以确保突发故障和未知干扰作用下系统性能在可预期的边界范围内。当前预设性能机制可以纳入容错控制策略，用以解决上述问题。然而，由于已有的预设性能函数大多选取指数衰减形式，仅能保证系统状态在无穷时间意义下收敛于稳态，不利于故障条件下系统状态有限时间自修复。此外，指数形式的边界函数对时间的微分项在初始状态时会出现快速的波动，控制器中的相应控制律将导致执行器在暂态阶段具有高频振荡，这将不可避免地阻碍AHV实现稳定的快速跟踪性能。在故障估计和补偿方面，传统的神经网络往往耗时较多，计算复杂度较大，无法满足AHV高实时性抗干扰要求。因此，迫切需要新的解决方案来弥补传统预设性能在保证AHV快速自修复跟踪能力方面的不足。

发明内容

本发明为了解决高超声速飞行器在有限故障条件下对于给定高度/速度指令的精确跟踪控制的问题，提供了一种考虑执行机构故障的高超声速飞行器保性能容错控制方法。

本发明是通过如下技术方案来实现的：一种考虑执行机构故障的高超声速飞行器保性能容错控制方法，包括如下步骤：

(1)建立考虑执行机构故障的AHV参数化动力学模型：

其中：