● 摘要
高超声速飞行器控制技术是目前研究的一个热点问题，由于高超声速飞行器飞行过程中存在高度非线性，强耦合以及时变性等多种飞行特性，其控制问题十分复杂，设计好的控制律是人们一直追求的目标。本文针对高超声速飞行器巡飞段通用纵向模型，进行控制器的设计。跟踪指令取为速度阶跃指令和高度阶跃指令，控制器的设计应确保飞行器在存在不确定性的干扰下能迅速准确的跟踪速度和高度阶跃指令。采用了四种方法进行控制器的设计，分别为滑模变结构控制、动态逆控制、状态相关Riccati方程方法以及基于神经网络的自适应逆控制方法。首先介绍各种控制方法的基本原理及特点，分析总结了各种控制方法的适用条件以及优缺点，滑模变结构控制主要优点为响应速度快，对外界干扰有较好的抑制作用，但存在抖振问题；动态逆方法能够较好的处理系统的各类非线性，并且不受放射非线性形式的约束，但需要对模型进行精确的线性化，对系统的建模误差也较为敏感；SDRE控制方法不需对模型进行线性化，省去了因线性化引起的误差，可提高控制精度，使用于一大类非线性系统的控制器设计，但这种方法设计的控制器一些主要的性能指标如稳定性、鲁棒性等缺少严格的理论证明。神经网络方法能够较好的应对系统的不确定性问题，目前还缺少工程方面的验证。针对每种控制算法中涉及的参数选择问题，采用蒙特卡洛仿真进行寻优，以确定最佳的控制器参数。通过仿真，验证了四种控制器的跟踪性能及鲁棒性，针对每种控制算法的不足之处进行讨论，并提出了改进措施及展望。