张迎雪 管 萍 戈新生

北京信息科技大学 自动化学院，北京 100192

0 引 言

高超声速飞行器在国防事务和民用方面具有较高的战略价值[1]。2010年美国“猎鹰”计划下的HTV-2飞行器因未能有效应对气动参数的剧烈摄动，导致飞行失败[2]。因此构建一个能有效处理气动参数变化导致的不确定性的高精度姿态控制系统是目前亟待解决的问题之一。然而，面对复杂的飞行环境，传统PID控制具有一定的局限性。近年来，采用非线性和智能化的方法改进传统PID算法，获得了更高的精度和更强的鲁棒性[3]。文献[4]中俯仰通道控制器的设计融合了模糊与模型参考自适应方法，通过实时调节PID参数使系统具有自适应能力。文献[5]设计了PID控制和自抗扰控制互为补充的无扰切换控制，解决了两种模式之间的过渡问题。然而，上述文献仅考虑了单一俯仰通道的设计。文献[6]设计的模糊控制器带有修正因子，在姿态控制仿真实验中，取得了较好的控制效果。然而并未考虑气动参数大范围变化给系统带来的影响。将分数阶微积分与PID控制相结合构成分数阶PID控制，不仅调节范围更广，而且能够为系统提供更加灵活、准确的控制[7]。

本文为实现高超声速飞行器在气动参数剧烈变化时快速精准跟踪姿态角期望值，构建了模糊分数阶PID控制器。分数阶PID的计算由于增加了2个可调参数，调节范围得到进一步扩展，计算中有对过去项的累加，使系统具有记忆特性，能提升控制精度及稳定性。……