题目：考虑弹性振动的高超声速飞行器姿态控制技术研究

高超声速飞行器一般指飞行速度大于5马赫的飞行器，飞行于20-100公里的临近空间。它凭借飞行速度快、有效载荷多、突防能力强等优势，在军事、民用等领域都具有重大的潜在价值；同时，开展高超声速飞行器的研究工作将有助于控制、仿真、材料、动力、计算机等多学科的深入发展，对未来空间技术、军事战略、武器体系以及科学技术的进步都将产生重大影响。吸气式高超声速飞行器在巡航飞行时，要求飞行姿态稳定，以保证其动力系统超燃冲压发动机正常工作。本论文针对此问题，在建立高超声速飞行器纵向通道非线性动力学模型，并对其进行分析的基础上，基于逆系统方法，结合最优控制、神经网络控制方法设计飞行姿态控制系统。主要研究成果如下：(1)分析了高超声速飞行器表面气动力与气动力矩、超燃冲压发动机推力，采用假设模态法建立高超声速飞行器弹性运动模型，利用一般航天器的建模方法建立刚体运动模型。在此基础上，建立刚体/弹性相互耦合的纵向通道非线性动力学模型。利用某型高超声速飞行器气动数据，进行气动特性分析；并采用小扰动线性化方法，简化高超声速飞行器模型，分析其巡航飞行时的动态特性。(2)对高超声速飞行器纵向通道非线性模型进行近似处理，忽略系统弱耦合项，进行输入动态扩展，进而设计高超声速飞行器纵向模型逆系统。在此基础上，对逆系统与被控对象串联组成的伪线性系统，设计最优控制器，对高超声速飞行器刚体状态进行稳定控制。通过仿真分析，该控制方法可以保证高超声速飞行器稳定飞行。(3)对于逆系统过分依赖于被控对象模型的问题，利用神经网络的非线性逼近能力，设计单隐层神经网络控制器，通过权值的在线调整，对高超声速飞行器的弹性振动以及模型不确定性予以补偿控制，提高控制系统鲁棒性。然后，利用Lyapunov方法证明了闭环系统的稳定性。仿真结果表明，在考虑弹性振动的影响和模型不确定性的条件下，所设计的姿态控制系统仍可保证高超声速飞行器稳定飞行，具有较强鲁棒性。