高超声速飞行器舵面故障的模型预测容错控制研究

发布时间：2024-03-01 20:48

　　高超声速飞行器是一种具有广阔发展前景的高速飞行器,飞行器的特点即决定了其控制系统需要具有较高的安全性和可靠性。作为飞行器重要的执行机构,舵面对于系统的稳定性影响较大。本文针对具有控制输入约束的高超声速飞行器,考虑飞行器的舵面发生故障的情况,设计基于模型预测控制的容错控制器,在实现对期望指令的跟踪控制的同时,确保飞行器的安全稳定飞行。首先,阐述了课题研究的背景及意义,并系统地介绍了高超声速飞行器在国内外的研究进展。之后,分别针对高超声速飞行器的纵向控制研究现状、模型预测控制的研究现状、高超声速飞行器舵面故障的研究现状等方面进行了阐述。其次,针对高超声速飞行器纵向巡航段模型,考虑系统具有控制输入约束的限制,基于广义模型预测控制的方法为两个子系统分别设计控制器。针对舵面发生故障的情况,为高度子系统设计了自适应广义模型预测容错控制器,实现了舵面故障下的容错跟踪控制。通过大量的仿真研究总结出在典型飞行条件下的控制器参数的选择范围,以确保控制器的输出满足系统控制输入约束的条件,从而弥补了广义模型预测控制方法对于解决控制输入约束问题的不足。再次,在前面研究的基础上,针对具有输入约束的高超声速飞行器纵...

【文章页数】：94 页

【学位级别】：硕士

【部分图文】：

图1.1模型预测控制基本框图

图1.1模型预测控制基本框图[52]在当前k时刻，首先基于系统的历史信息和未来输入，利用预测模型预测出未来的系统状态，之后对性能指标进行优化求解，得到最优控制序列，最后通过滚动优化模块将当前时刻的控制量作用于被控系统，到下一时刻重复上述步骤，最终实现控制目标。模型预测控....

图3.1高度容错控制子系统

图3.1高度容错控制子系统对于高度子系统而言，对飞行高度进行求导如下：(3.6)(3.7)(3.8)(3.9)其中，

图3.2无故障下飞行高度阶跃变化曲线

高超声速飞行器舵面故障的模型预测容错控制研究度变化指令为：500/cV=fts，选取控制阶0kr=，预测时间6.5pT=。高度子系统统的各个状态变量的响应曲线如图3.2-图3.5所示。

图3.3无故障下飞行速度阶跃变化曲线

ckp统的各个状态变量的响应曲线如图3.2-图3.5所示。图3.2无故障下飞行高度阶跃变化曲线

本文编号：3915807