空天飛行器基于模糊理論的魯棒自適應控制研究.pdf

1、空天飛行器(ASV)是各國正在大力發(fā)展的新型飛行器，美歐等國都有各自的空天研究計劃，并取得了不少研究進展，而我國在高超聲速飛行器方面尚處于起步階段?？仗祜w行器在運行中表現出的多任務、多工作模式、大范圍高速機動等特點使得控制系統設計成為一項極具挑戰(zhàn)的研究課題。圍繞這一基礎科學問題，本文在空天飛行器T-S模糊建模與分析、不確定非線性系統模糊控制、T-S模糊系統建模訓練以及模糊自適應控制系統設計四個方面開展了較為深入的研究。 首先，根

2、據國內外公開發(fā)表的文獻資料及我們實驗室的已有成果，建立起ASV再入段完整的動力學方程和運動學方程，其中氣動力系數和力矩系數是迎角、馬赫數及氣動舵面偏角的函數，發(fā)動機模型為反作用發(fā)動機的組合推進裝置，飛行器的質心、慣性矩是飛行器質量的時變函數。開環(huán)分析表明整個模型能夠體現出ASV復雜的非線性、強耦合、快速時變以及不確定性等特點，具有一定的代表性，可以滿足未來ASV先進制導和控制等問題的理論研究和仿真驗證的需要。 其次，基于T-S模

3、糊逼近理論，通過分析ASV再入段的姿態(tài)運動的特點，確立了相應的模糊規(guī)則、模糊隸屬度函數以及各模糊規(guī)則下的模糊子系統，建立了基于T-S模糊模型的ASV再入姿態(tài)的運動模型和仿真平臺，為后文的控制器設計與分析奠定基礎。 接著，基于已建立的ASV再入姿態(tài)的T-S模糊模型，在區(qū)域極點配置理論分析的指導下提出了具有極點約束的T-S模糊保性能控制新策略，并利用 控制抑制外界干擾，給出了一種模糊魯棒控制的設計方法。通過Lyapunov理論證明，

4、閉環(huán)系統所有狀態(tài)漸進穩(wěn)定。根據不同的性能指標要求，分別設計了ASV姿態(tài)系統的狀態(tài)反饋和輸出反饋控制器。 隨后，提出了新的基于模糊前饋的模糊魯棒跟蹤方案。首先結合T-S模糊系統的優(yōu)勢將線性系統的前饋控制方案推廣至非線性系統，避免了基于線性矩陣不等式(LMI)的T-S模糊跟蹤控制方案中需要引入的增廣系統，減少了系統設計的維數，降低了設計保守性，并采用Lyapunov方法嚴格證明出系統跟蹤誤差漸進穩(wěn)定，考慮系統不確定性及外界干擾，設計

5、出被控系統的模糊魯棒跟蹤控制器，并在針對復雜非線性系統輸出跟蹤和ASV姿態(tài)角跟蹤問題的仿真中驗證了方法的有效性。 然后，為了使得建立的模糊模型能夠適應系統參數的變化，提出了一種新的L-M算法，并研究了其在T-S模糊建模中的應用?；跇藴实腖-M算法，在局部誤差界的條件下，根據迭代參數取值的不同，定義迭代步長為逼近誤差的函數，給出了改進后的L-M算法的參數迭代公式，并從理論上分析了它的收斂性是二次的。最后將所提算法應用于ASV姿態(tài)

6、動態(tài)系統的模糊建模，訓練時各線性系統參數和模糊隸屬度函數參數均可在線調節(jié)。此外，訓練時不過分依賴專家經驗，與標準L-M算法相比，收斂速率明顯加快，逼近精度高。 最后，研究了一種新的自適應調節(jié)律，在線調節(jié)模糊自適應控制的相關參數，與梯度法自適應調節(jié)律相比，參數收斂速度明顯加快，針對復雜非線性系統的跟蹤控制問題，設計出穩(wěn)定的間接自適應模糊控制器，并有效改善了由于參數收斂速度慢而帶來的系統振蕩。接著將此方案推廣至包含未建模動態(tài)的多輸入