张 军,李亚辉,朱晟桢

(1.江苏大学 电气信息工程学院,江苏 镇江 212013;2.中国运载火箭技术研究院,北京 100191)

基于特征模型的高超声速飞行器再入多约束预测控制

张 军1,李亚辉2,朱晟桢1

(1.江苏大学 电气信息工程学院,江苏 镇江 212013;2.中国运载火箭技术研究院,北京 100191)

针对存在输入和输出多约束的高超声速飞行器再入控制问题,提出了一种基于特征模型的鲁棒预测控制方法。对耦合的非线性再入动力学采用低阶线性特征模型简化,设计鲁棒预测控制器保证满足再入控制的多约束。基于特征模型的低阶等价性,将再入动力学的输入输出动态特性用线性时变的特征模型描述,并将三通道姿态耦合和干扰作为广义复合干扰。将灰色理论中累加求和的思想引入到特征模型参数辨识算法中,弱化了再入随机噪声的影响,通过灰色辨识方法在线估计特征模型的时变参数和干扰。设计一种基于线性矩阵不等式(LMI)滚动优化技术的H2/H∞鲁棒预测控制律与基于灰色辨识的补偿器共同构成复合控制器,保证了整个闭环系统的稳定,满足输入和输出约束。数据仿真验证了算法的有效性。

高超声速飞行器;约束;特征模型;鲁棒预测控制;灰色辨识

高超声速飞行器具有响应快速、机动能力强等特点,是未来国防装备的重要发展方向,其中再入控制系统设计最为复杂。在高超声速飞行器的再入过程中,运行环境复杂,飞行器飞行高度和飞行马赫数变化范围大,飞行器的气热特性、气动特性发生剧烈变化,造成再入动力学模型具有快时变、非线性耦合、强干扰等特性[1-2]。……