当前位置:主页 > 科技论文 > 航空航天论文 >

高超声速飞行器分数阶滑模姿态控制方法研究

发布时间:2018-03-05 22:33

  本文选题:分数阶滑模 切入点:姿态控制 出处:《北京理工大学》2016年硕士论文 论文类型:学位论文


【摘要】:高超声速飞行器对其姿态控制器的鲁棒性和控制精度要求,随着飞行器的发展变得越来越高。飞行过程中马赫数高、飞行区域广、通道间耦合作用强、参数摄动以及外部不确定干扰复杂,加大了控制器的设计难度。在滑模控制中加入分数阶微积分,分数阶滑模控制结合了两者的优点,不但使控制系统具有强鲁棒性,而且提高了控制系统的响应特性,是非线性控制的重要组成部分。本文研究了分数阶滑模姿态控制器在高超声速飞行器姿态控制方面的应用。主要研究内容有:基于分数阶特征比整定的思想,首先设计了一种线性分数阶滑模姿态控制器,闭环系统响应能够以设定超调跟踪姿态角指令。该方法将系统响应的超调量和响应速率分开设计,使得飞行器姿态角误差能够以预先设定的2%的超调渐进收敛到0,并且可以通过改变相应时间常数调节闭环系统的响应速率而不改变系统响应的超调量,解决了分数阶滑模面参数给定问题。进一步,提出了一种基于变伪时间常数的非线性分数阶滑模姿态控制器,克服了线性分数阶滑模姿态控制方法中的不足,解决了飞行器姿态控制中存在的加快系统响应速率和控制量饱和之间的矛盾。之后又提出了一种伪时间常数自适应的分数阶滑模姿态控制方法,伪时间常数通过自适应方法获得,加快系统滑模面的收敛速率以缩短系统到达段时间,系统鲁棒性得到了增强。针对传统整数阶PID滑模姿态控制方法中可能出现的积分项过大问题,将其推广到分数阶,在整数阶积分项上引入积分阶次,以设计一种分数阶PID滑模姿态控制方法,削弱了误差积分项,避免系统超调量过大,并且飞行器姿态角误差能够渐进收敛到0。在此基础上设计了一种能够固定时刻收敛的分数阶时变滑模姿态控制方法,飞行器姿态角误差能够在固定时刻收敛到0,并且系统状态全局都在滑动段,鲁棒性得到加强。
[Abstract]:With the development of the aircraft, the robustness and control accuracy of the hypersonic vehicle to its attitude controller become more and more high, the Mach number is high, the flight area is wide, and the coupling between the channels is strong. The complexity of parameter perturbation and external uncertainties makes the design of the controller more difficult. Adding fractional calculus to sliding mode control, fractional sliding mode control combines the advantages of both, which not only makes the control system strong robustness, but also makes the control system more robust. And the response characteristics of the control system are improved, In this paper, the application of fractional sliding mode attitude controller to the attitude control of hypersonic vehicle is studied. The main research contents are as follows: based on the idea of fractional order characteristic ratio tuning, Firstly, a linear fractional sliding mode attitude controller is designed. The closed-loop system response can track the attitude angle instruction by setting overshoot. The overshoot and the response rate of the system response are designed separately. The attitude angle error of the aircraft can converge to 0 with a pre-set overshoot of 2%, and the response rate of the closed-loop system can be adjusted by changing the corresponding time constant without changing the overshoot quantity of the system response. Furthermore, a nonlinear fractional sliding mode attitude controller based on variable pseudo time constant is proposed, which overcomes the shortcomings of linear fractional sliding mode attitude control method. The contradiction between acceleration of system response rate and control saturation in attitude control of aircraft is solved. Then a pseudo-time constant adaptive fractional sliding mode attitude control method is proposed. The pseudo-time constant is obtained by adaptive method, which accelerates the convergence rate of the sliding mode surface of the system so as to shorten the arrival time of the system. The robustness of the system is enhanced. Aiming at the problem that the integral term may be too large in the traditional integer order PID sliding mode attitude control method, the integral order is introduced into the integral term of integral order, and the integral term is extended to fractional order. In order to design a fractional PID sliding mode attitude control method, the error integral term is weakened and the overshoot of the system is avoided. And the attitude angle error of the aircraft can converge gradually to 0. On this basis, a fractional time-varying sliding mode attitude control method is designed, which can converge at a fixed time. The attitude error of the aircraft can converge to 0 at a fixed time, and the overall state of the system is in the sliding section, so the robustness is enhanced.
【学位授予单位】:北京理工大学
【学位级别】:硕士
【学位授予年份】:2016
【分类号】:V249.1

【相似文献】

相关期刊论文 前10条

1 赵春娜;薛定宇;;一种分数阶线性系统求解方法[J];东北大学学报(自然科学版);2007年01期

2 王茂;孙光辉;魏延岭;;频域法在分数阶混沌系统计算中的局限性分析[J];哈尔滨工业大学学报;2011年05期

3 黄苏海;刘才贵;;一个分数阶变形混沌系统及其同步[J];淮海工学院学报(自然科学版);2011年03期

4 冯颖凌;王建宏;赖志平;周智;;分数阶微积分的预估-校正算法及其应用[J];南通大学学报(自然科学版);2014年01期

5 孙克辉;任健;丘水生;;分数阶统一系统的混沌动力学特性[J];华南理工大学学报(自然科学版);2008年08期

6 李大字;范伟光;高彦臣;靳其兵;;分数阶系统的迭代最小二乘辨识算法[J];江南大学学报(自然科学版);2010年04期

7 张毅;梅凤翔;;基于Riesz分数阶导数的分数阶运动微分方程[J];北京理工大学学报;2012年07期

8 行鸿彦;王秋辉;徐伟;冒海微;;新蝶翼混沌系统的分数阶电路实现与控制分析[J];科学技术与工程;2014年14期

9 闵富红;吴薛红;曹弋;;分数阶混沌系统的追踪同步与电路实现[J];南京师范大学学报(工程技术版);2011年02期

10 曾庆山,曹广益,朱新坚;序列分数阶系统的渐近稳定性[J];上海交通大学学报;2005年03期

相关会议论文 前10条

1 许勇;王花;刘迪;黄辉;;一类参数扰动下的分数阶混沌系统的滑模控制[A];中国力学大会——2013论文摘要集[C];2013年

2 薛定宇;白鹭;;分数阶系统的仿真方法(英文)[A];系统仿真技术及其应用学术论文集(第15卷)[C];2014年

3 顾葆华;单梁;李军;王执铨;;一种新分数阶混沌系统及其复合快速同步控制[A];2009年中国智能自动化会议论文集(第七分册)[南京理工大学学报(增刊)][C];2009年

4 王晓燕;王东风;韩璞;;一种分数阶系统的粒子群优化辨识方法[A];全国第三届信号和智能信息处理与应用学术交流会专刊[C];2009年

5 刘杰;董鹏真;尚钢;;分数阶非线性系统动力学分析中数值算法可靠性及其诱导的复杂现象[A];中国力学学会学术大会'2009论文摘要集[C];2009年

6 许建强;;参数不确定分数阶统一混沌系统的自适应同步[A];中国自动化学会控制理论专业委员会C卷[C];2011年

7 刘晓君;洪灵;;分数阶Genesio-Tesi系统的混沌及自适应同步[A];第十四届全国非线性振动暨第十一届全国非线性动力学和运动稳定性学术会议摘要集与会议议程[C];2013年

8 王在华;;分数阶系统的实验建模、稳定性分析与数值求解[A];第六届全国动力学与控制青年学者学术研讨会论文摘要集[C];2012年

9 董俊;张广军;姚宏;王相波;王珏;;分数阶Hindmarsh-Rose神经元模型的动力学特性分析[A];第一届全国神经动力学学术会议程序手册 & 论文摘要集[C];2012年

10 张若洵;杨世平;巩敬波;;一个新Lorenz-like系统的分数阶混沌行为及其同步控制[A];中国力学大会——2013论文摘要集[C];2013年

相关博士学位论文 前10条

1 岳超;分数阶可积耦合、离散混沌及代数几何解的研究[D];上海大学;2015年

2 梁舒;分数阶系统的控制理论研究[D];中国科学技术大学;2015年

3 毛志;分数阶扩散—波动方程和分数阶变分问题的高精度算法[D];湘潭大学;2015年

4 谢文哲;分数阶微分方程边值问题解的研究[D];湖南师范大学;2015年

5 吴艳萍;分数阶非线性系统同步与非线性电路理论若干问题研究[D];西北农林科技大学;2015年

6 潘祥;非因果分数阶滤波器及其图像处理应用研究[D];南京航空航天大学;2014年

7 王乔;分数阶混沌系统控制与同步理论研究[D];浙江大学;2015年

8 纪玉德;关于分数阶系统的稳定性与反馈控制研究[D];河北师范大学;2016年

9 宋超;几类分数阶系统的动力学分析与控制[D];东南大学;2015年

10 胡建兵;分数阶混沌稳定性理论及同步方法研究[D];中北大学;2008年

相关硕士学位论文 前10条

1 白敬;分数阶混沌系统的滑模控制[D];北京交通大学;2012年

2 包学平;分数阶反应扩散系统中的动力学行为[D];河北师范大学;2015年

3 王伟伟;基于运算矩阵的分数阶系统辨识及应用[D];燕山大学;2015年

4 吴彩云;一类Caputo分数阶混沌系统的滑模控制[D];东北师范大学;2015年

5 葛筝;分数阶系统的自适应PID控制方法研究[D];沈阳理工大学;2015年

6 张顺;整数阶与分数阶阻尼故障转子系统振动特性对比研究[D];哈尔滨工业大学;2015年

7 宾虹;分数阶混沌系统及同步方法的研究[D];华北电力大学;2015年

8 李丹;热量传递的分数阶微分方程模型与数值模拟[D];华北理工大学;2015年

9 刘浪;分数阶系统辨识与内模控制研究[D];北京化工大学;2015年

10 吕敏;分数阶HIV感染模型的动态分析及应用[D];广西民族大学;2015年



本文编号:1572218

资料下载
论文发表

本文链接:https://www.wllwen.com/kejilunwen/hangkongsky/1572218.html


Copyright(c)文论论文网All Rights Reserved | 网站地图 |

版权申明:资料由用户e0262***提供,本站仅收录摘要或目录,作者需要删除请E-mail邮箱bigeng88@qq.com