35、高超声速飞行器的非线性控制方法解析

高超声速飞行器的非线性控制方法解析

1. 高超声速飞行器控制概述

高超声速飞行器（HSV）的控制近年来成为了重要的研究课题，它在运输和国防领域都有潜在的应用价值。高超声速飞行器能够达到约5 - 6马赫的速度，这可以显著缩短长途飞行的时间，提高客机的运营能力。同时，由于其速度快，防空和防护系统更难对其进行拦截，因此在空军作战中具有重要优势。

然而，高超声速飞行器的控制是一个具有挑战性的问题。其动力学模型具有多变量和强非线性的特点，并且系统是欠驱动的，即自由度多于控制输入，这给飞行的稳定和控制带来了额外的困难。近年来，在设计高超声速飞行器的控制方法时，证明控制的稳定性是主要目标。常见的控制方法包括基于模型的Lyapunov方法和无模型的Lyapunov方法。

为了解决高超声速飞行器的控制问题，本文提出了一种非线性最优（H - infinity）控制方法。该方法首先对飞行器的动态模型在临时操作点附近进行近似线性化，然后为近似线性化的模型设计H - infinity稳定反馈控制器。

1.1 非线性最优（H - infinity）控制方法流程

1. 近似线性化 ：在控制方法的每个时间步重新计算临时操作点，该操作点由系统状态向量的当前值和应用于HSV的控制输入向量的最后一个值组成。线性化基于泰勒级数展开和相关状态空间模型的雅可比矩阵的计算。
2. 控制器设计 ：为近似线性化的系统模型设计H - infinity稳定反馈控制器。由于泰勒级数展开中高阶项的截断而产生的建模误差被视为扰动，由控制器的鲁棒性进行补偿。