杜立夫 蔡高华 黄万伟 王丹晔

北京航天自动控制研究所，北京100854



高超声速再入飞行器抗饱和控制系统设计*

杜立夫 蔡高华 黄万伟 王丹晔

北京航天自动控制研究所，北京100854

针对高超声速再入飞行器纵向静不稳定模型，在考虑气动执行机构饱和非线性特性的情况下，研究了一种基于补偿方案的抗饱和控制系统设计方法。该方法把系统输入饱和特性视为不确定性，采用H∞回路成形技术设计了标称控制器；然后针对标称控制器与被控对象所组成的闭环系统进行补偿器设计；最后基于高超声速再入飞行器纵向静不稳定模型验证了该补偿方案的有效性。 关键词 高超声速；再入飞行器；输入饱和；扇形界；线性矩阵不等式；抗饱和补偿器

飞行器控制系统设计过程中，执行机构的饱和非线性特性可能是最需要关注和考虑的，执行机构的饱和特性会降低控制系统的性能，甚至使系统失稳。针对此类问题，设计抗饱和补偿器是一种较常见的方法。抗饱和补偿方法在忽略饱和非线性的情况下设计一个标称控制器，然后设计抗饱和补偿器来减小忽略饱和特性对闭环系统带来的负面影响。采用该方法可以在考虑控制输入饱和特性的情况下保证闭环系统的稳定性，达到期望的设计需求。

早期的抗饱和控制技术一般缺少严密的稳定性分析与清晰的系统性能分析，并且控制器求解过程比较繁琐[1-2]。文献[3]采用扩展的圆准则给出了一种基于线性矩阵不等式的静态补偿算法，但是该方法只是针对开环稳定系统提出的，限制了其工程适应性，但是对于系统静不稳定的情况，无法保证系统的全局稳定[4-5]。……