空天飞行器再入阶段T-S模糊建及鲁棒H-infinity控制

论文摘要

空天飞行器（ASV）是一种新型的航空航天飞行器,目前各国都在大力发展,美欧等国都有各自的空天飞行器的研究计划,并取得了不少研究进展,而我国在高超声速飞行器方面尚处于起步阶段。空天飞行器呈现出强烈的非线性及耦合性等动态特性,并且受到大量的外界干扰和内部不确定性的影响,这使得ASV的控制系统设计成为一项极具挑战的研究课题。本文在ASV的再入阶段的T-S模糊建模和基于T-S模糊模型的鲁棒H∞控制进行了较为深入的研究。首先,根据国内外最新的研究成果,阐述了飞行器控制系统、T-S模糊系统以及飞行器再入阶段姿态控制的研究现状,研究方法,并通过对比国外在ASV再入阶段姿态控制系统的研究现状,找出国内目前在这方面研究的差距。其次,通过研究在国内外公开发表的文献资料中已经建立起来的ASV的数学模型,分析其在零输入条件下的开环响应,证明整个模型体现出了复杂的非线性、强耦合、快速时变以及不确定性等特点。接着阐述了模糊控制、T-S模糊系统以及T-S模糊系统的万能逼近性的一些相关理论。根据ASV的数学模型,将ASV的模型化为仿射非线性的形式,根据ASV的数学模型在零输入条件下的开环响应,确定关键变量和关键点,利用Taylor展开将非线性系统线性化。基于T-S模糊逼近理论,确定相应的隶属度函数,模糊规则以及各模糊规则下的模糊子系统,建立了基于T-S模糊模型的ASV再入阶段的姿态运动模型,并通过仿真验证验证了所建立的ASV的T-S模糊模型能够为后文控制器设计与分析奠定基础。最后,根据己建立起来的ASV的T-S模糊模型,根据单Lyapunov函数的理论,设计了基于T-S模糊模型的ASV的状态反馈鲁棒H∞控制器,通过引理和Schur补定理证明了该控制器设计方法能够使系统稳定,并通过仿真验证了所设计的模糊控制器的有效性而且能够使系统稳定。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 文中术语定义
• 第1章 绪论
• 1.1 本文的研究背景、目的和意义
• 1.2 飞行控制方法研究现状
• 1.3 基于T-S模糊系统的智能飞行控制研究现状
• 1.4 再入飞行控制研究现状
• 1.5 本文的主要研究内容
• 第2章 T-S模糊控制及其数学基础
• 2.1 引言
• 2.2 模糊控制的基本原理
• 2.3 模糊控制系统的基本概念
• 2.3.1 模糊控制系统
• 2.3.2 模糊控制系统组成
• 2.4 T-S模糊建模原理
• 2.4.1 T-S模糊模型
• 2.4.2 数学准备
• 2.5 小结
• 第3章 基于T-S模糊理论的空天飞行器再入模型的建立与分析
• 3.1 引言
• 3.2 基本假设
• 3.3 空天飞行器数学模型
• 3.4 零输入响应
• 3.5 仿射非线性模型的建立
• 3.6 ASV的T-S模糊建模
• 3.6.1 Taylor展开
• 3.6.2 关键变量及关键变量的关键点的确定
• 3.6.3 隶属度函数选取
• 3.6.4 制定模糊控制规则
• 3.7 ASV再入阶段的模糊建模的仿真验证
• 3.8 小结
• ∞控制'>第4章 基于T-S模糊模型的空天飞行器再入姿态的鲁棒H_∞控制
• 4.1 引言
• ∞控制'>4.2 基于T-S模糊模型的鲁棒H_∞控制
• 4.3 外部干扰
• 2数'>4.3.1 L₂数
• ∞,H_∞范数'>4.3.2 L_∞,H_∞范数
• 4.3.3 信号
• 4.4 仿真验证及分析
• 4.6 小结
• 第5章 总结与展望
• 5.1 总结
• 5.2 展望
• 参考文献
• 致谢