[发明专利]基于动态控制面的高超音速时滞补偿的控制器的设计方法

摘要

基于动态控制面的高超音速时滞补偿的控制器的设计方法，针对作动器有时滞的高超声速飞行器姿态运动系统方程式，当利用DSC方法对其设计跟踪控制器式时，系统是毕竟稳定的，即AHV能够跟踪给定的指令至一个任意小的误差范围，并且角速率信号有界。本发明提供基于动态控制面的高超音速时滞补偿的控制器的设计方法，本申请将信号传输及作动器动态引起的时滞效果抽象为纯粹的输入含时滞。为了处理这种输入含时滞的非线性系统问题，采用含补偿器控制方法。在DSC的基础上，与时滞补偿相结合就得到了相应输入含时滞的高超声速飞行器气流姿态角控制方法。

主权项

1.基于动态控制面的高超音速时滞补偿的控制器的设计方法，具体方法如下，其特征在于：控制器在设计每层子系统的虚拟控制律之后，利用如下一阶低通滤波器L(s)对虚拟指令进行滤波，滤波器L(s)的状态方程如下，其中，τ为滤波器时间常数，u为已经设计好的虚拟指令，每层子系统产生的虚拟指令通过这个τ已知其系统初始状态为零的滤波器产生相应的输出，在设计下一个子系统时用滤波器的输出量代替虚拟控制律，并用代替虚拟指令的导数，当虚拟指令出现不连续等非利普希兹情形时获得其导数；将动态面控制方法应用于AHV的姿态跟踪控制，至此得到标称系统的控制器；将其转换为针对输入含时滞情况下的时滞补偿控制器，需要标称系统满足前面指出的假设，并且标称反馈控制器使闭环系统对于附加输入或者外部干扰满足一定的稳定性要求；假设1.1：针对高超声速飞行器的姿态运动系统方程式，当D(t)＝0时，利用DSC方法对其进行变换之后，系统是前向完备的；在加入DSC之后的误差系统，包括跟踪误差和边界层误差的动态，定义各误差如下，其中e1和e2为参考指令和滤波后虚拟指令的跟踪误差，而e3为滤波器输入输出信号的跟踪误差，即边界层误差；上述定义的三个误差状态的动态如下：取虚拟指令为整理之后有含附加输入或作为干扰输入的闭环系统如下；定理1.1：针对高超声速飞行器的姿态运动系统方程式，当D(t)＝0时，当利用DSC方法对其设计跟踪控制器式(1‑2)和式(1‑3)时，系统相对附加输入或干扰的d1和d2是输入状态有效稳定的；证明：李雅普诺夫跟踪函数：其中由于f₁,g₁,d₁和都是连续函数，故为一个连续函数，对于任意的B₀＞0和p＞0，集合和Π₁:＝{V≤p}都是紧集，因此集合Π×Π₁也是紧集，根据连续性定理，连续函数在紧集Π×Π₁上必有上界，记作M，故在任意集Π×Π₁内有：取则有可见系统对d₁和d₂是输入状态有效稳定的。即对于d₁和d₂，系统是输入状态有效稳定的。定理1.2：对于系统，如果满足且存在一个反馈控制律k∈C¹(R₊×Rⁿ,R^m)，使得闭环后含附加输入端口的系统满足对时间是一致的，并对附加输入量ω(t)是输入状态有效稳定的，并且控制律一致有界，则时滞补偿控制具有毕竟稳定性；对于以上情形都加上条件，即当x(t)≥c时，其中c是一个表征实际稳定程度的常数，如此，便可得对于输入状态有效稳定的系统，时滞补偿将保证系统是毕竟稳定的；由于假设1.1、定理1.1和定理1.2，可知对于AHV存在一个基于DSC方法的时滞补偿控制器：式(1‑10)中的P(ef)和P(es)分别为误差状态分量ef和es对应的经过补偿后的状态分量。