题目：吸气式高超声速飞行器不确定性建模与控制研究

飞行速度快、飞行跨度大、作战半径宽、突防能力强、隐蔽性好等特点，使得高超声速飞行器潜在着巨大的政治、军事和经济价值，目前已成为世界航空航天领域一个极其重要的发展方向和各国广泛关注的焦点。吸气式高超声速飞行器由于采用机体/发动机一体化气动外形设计技术，再加上飞行器自身复杂的气动特性，使得其与传统飞行器相比，其气动、结构以及推进系统之间的耦合更加复杂；又在高超声速飞行时，作大范围机动，易受随机因素干扰，其质量分布、气动特性等快速变化。这导致吸气式高超声速飞行器动力学模型呈现出强烈的不确定性、非线性以及多变量耦合，给其动态特性分析和控制器设计带来了挑战。以往的研究，很少考虑不确定性因素或仅仅把不确定性因素作为一种摄动加入到控制器设计中，虽然设计出的控制器能达到期望性能，但脆弱性较高，易受不确定性、随机因素的干扰，容易引发输入饱和现象，且工程上难以实现。本文基于此，针对吸气式高超声速飞行器不确定性进行动力学建模与控制研究。

首先，建立了吸气式高超声速飞行器纵向通道耦合模型和仿真模块，并分析了其平衡特性和动态响应特性，为后文研究工作的展开奠定了基础。

针对吸气式高超声速飞行器动力学建模与控制器设计中往往存在很大的不确定性，分析了主要不确定性因素的来源及其物理本质，并按照参数、模型及试验不确定性分类选取了主要的不确定性参数；在此基础上，建立了包含主要不确定性参数的动力学模型；采用小扰动方法，对耦合模型进行线性化，研究了其模态特性，并分析了主要不确定性参数对耦合模型模态特性的影响。

在基于小扰动线性化的高超声速飞行器不确定性建模与控制研究中，由于飞行器不确定性因素众多、非线性高，同时考虑到主要不确定性参数变化容易引起重心的改变，对飞行器纵向静稳定性影响较大，且国内外很少研很少涉及此方面的研究，因此以重心不确定性的角度研究了不确定性对高超声速飞行器建模与控制的影响。首先，采用隐式模型二次跟踪法设计了标称控制器；之后，通过分析引起重心变化的物理本质，推导了能够精确反映重心变化的数学模型，并分析了重心变化对飞行器动态特性和控制器设计的影响；在此基础上，设计了自适应控制器对标称控制器加以改进，以抑制不确定性带来的影响。

针对不确定性量引入、突发因素干扰等引发的输入饱和现象，分析了引起输入受限的物理本质，建立了输入受限模型，并研究了其对高超声速飞行器动态特性和控制器设计的影响。在此基础上，针对性的作出了改进，设计了抗饱和补偿器。

最后，针对所建立的不确定性动力学模型，采用基于输入/输出反馈线性化的方法探讨了对具有参数不确定性和多变量耦合的高超声速飞行器非线性控制器设计方法，仿真结果表明此方法切实有效。