基于快速模糊干扰观测器的UASV再入Terminal滑模控制 .pdfVIP

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第２８卷第２期宇航学报Ｖｏ１．２８Ｎ０２

２００７年３月ＪｏｕｒｎａｌｏｆＡｓｔｒｏｎａｕｔｉｃｓ．

Ｍａｒｃｈ２ｏｏ７

基于快速模糊干扰观测器的ＵＡＳＶ

再入Ｔｅｒｍｉｎａｌ滑模控制

黄国勇，姜长生，王玉惠

（南京航空航天大学自动化学院模式识别与智能系统实验室，南京２１００１６）

摘要：针对无人空天飞行器再人大气层过程中气动参数变化剧烈、控制精度要求高的特点，设计了基于快

速模糊干扰观测器的Ｔｅｒｍｉｎａｌ滑模控制方案。通过改进传统模糊干扰观测器的学习律，提出一种快速模糊干扰观

测器，增强了其在线逼近干扰及系统不确定的能力。Ｔｅｒｍｉｎａｌ滑模的有限时间收敛特性提高了系统跟踪速度，同时

采用快速模糊干扰观测器消除全部扰动的影响，从而保证了飞行品质。最后，仿真结果表明了快速模糊干扰观测

器的优越性及闭环控制方案的有效性。

关键词：无人空天飞行器再入；气动参数不确定；快速模糊干扰观测器；Ｔｅｒｍｉｎａｌ滑模控制；有限时间收敛

中图分类号：Ｖ２４９．１；ＴＰ２７３．２文献标识码：Ａ文章编号：１０００１３２８（２００７）０２—０２９２—０６

ＦＦＤＯ及Ｔｅｒｍｉｎａｌ滑模控制的有限时间收敛特性，设

０引言

计了ＵＡＳＶ再人大气层的姿态控制系统，缩短了系

无人空天飞行器（ＵｎｍａｎｎｅｄＡｅｒｏ—ＳｐａｃｅＶｅｈｉｃｌｅ．统跟踪时间，提高了飞行品质。在高超声速条件下

ＵＡＳＶ）是一种集运载火箭、航空器特点于一身的飞的仿真结果表明，所提出方法具有强鲁棒性和快速

行器。ＵＡＳＶ不仅是未来进入空间的关键支柱，而响应速度。

且也是进行大规模空间开发的前提，因此越来越受

１快速模糊干扰观测器设计

到世界各国的高度重视。在ＵＡＳＶ的整个飞行模态

中，再入大气层（Ｒｅ、ｅｎｔｒｙ）是其中的关键之一，其问考虑文献［４］中的非线性系统：

不仅受到过热、过载的限制，而且在大攻角条件下飞ｆ元＝＋。，（ｉ＝Ｉ，…，ｎ一１）（１）

行使得气动参数的非线性比～般飞机加剧，因而～【露＝ａ（）＋△ａ（）＋［卢）（＋△卢）（］＋ｄ（￡）

直是研究的热点。文献［１］研究了ｘ一３３再入过程其中为控制输入，＝。，（，…，）是系统可

的滑模控制，但仅仅考虑了外部干扰，而且本质上是测状态。ａ（），（）为已知的标称函数。△ａ（），

种高增益控制。文献［２］设计了ｘ一３８再入模糊△（），ｄ分别表示不确定和外部干扰。控制任务

一

逻辑姿态控制，但需要大量的先验知识，并且同样没是：在存在不确定和外部干扰情况下，设计控制量ｕ

有考虑扰动。文献［３］针对ＤＡＲＴ飞行器标称系统使状态收敛到平衡零