● 摘要
近空间区域的军事价值越来越受到国内外各军事大国的关注和重视，越来越强调开发利用和控制近空间资源的能力，使得世界各国越来越专注于近空间飞行器技术的研究工作。近空间飞行器（Near Space Vehicle, NSV）是一种全新形式的飞行器，具有传统飞行器特点的同时又有自身的特点，表现为任务多样性、工作模式多样化、速度高、机动性强等，而且近空间高超声速飞行器的动态模型又具体表现为复杂非线性、高耦合性、模型不确定性、对外部干扰高敏感性等特点，使得对其飞行控制系统的设计提出了更高更特殊的要求，不仅要确保NSV系统无故障情况下的安全稳定可靠，而且还要保证故障或干扰情况下飞行器的飞行指标在可接受的范围内。围绕这一问题，本文参考国内外已经公开发表的相关文献，以NASA的Langley研究中心公布的Winged-Cone模型作为本次控制器设计的研究对象，首先建立了近空间高超声速飞行器6自由度模型、带推力纵向模型和再入姿态模型，并且分别就无故障和故障情况下对系统进行了开环特性分析，充分验证了NSV的复杂非线性、高耦合性等特点。分析了飞行中的NSV经常发生的故障，重点研究了NSV执行器故障，并对其进行了分类和数学建模，为本文基于支持向量机容错控制器的设计奠定了基础。
其次，本文针对所建立的NSV纵向模型，设计了一种基于最小二乘支持向量机逆模型控制技术的容错控制器，不仅实现了支持向量机对被控对象的在线辨识建模，而且通过仿真验证了所设计的最小二乘支持向量机逆模型容错控制器达到了容错控制的目的。
最后，充分利用最小二乘支持向量机对未知非线性系统的无限逼近学习能力，与Backstepping控制方法结合设计了一种针对NSV再入姿态模型的最小二乘支持向量机补偿器的容错控制器，并利用李雅普诺夫函数证明了所设计的Backstepping控制器的稳定性，经过仿真验证表明所设计的容错控制算法在容忍和补偿故障的同时对系统的不确定性干扰也具有一定的鲁棒性，控制性能优异。