高超声速飞行器模型线性化与控制的仿真研究(4)
2 高超声速飞行器建模及线性化
要研究飞行器控制系统，首先我们需建立高超声速飞行器仿真模型。又因为复杂的外部条件，我们很难建立精准的模型。本章是借鉴NASA公开的资料，构建了高超声速飞行器仿真模型，再对非线性模型解耦线性化，获得其纵向线型模型。
2．1 系统建模
高超声速飞行器的飞行运动是一个很复杂的系统。飞行器的质量和质心位置都会随时间改变，其结构也会发生弹性形变，因此高超声速飞行器的多个参数都会呈现非常复杂的函数关系。如果在建立模型时考虑所有因素，显然会使运动方程极其复杂，甚至非常可能我们无法给出其运动方程，故我们可以对飞行器和飞行环境做一些适当的假设[17,18]：
(1)忽略气流不对称及压缩性等因素；
(2)高超声速飞行器、地球均为理想的刚体；
(3)质心位置，转动惯量是仅关于质量的函数，且质心位置始终只在机体轴纵轴变动；
(4)飞行器中心和参考力矩中心在机体X轴上；
(5)推力方向沿发动机轴线，与机身轴线平行；
(6)忽略操纵面的转动惯量和发动机推力安装角；
(7)对称的飞行器布局，即 ， ， 恒为零；
基于以上的假设，参考文献[19]，各力作用于刚体中心如下图所示：
2.1 刚体受力图
以节流阀开度 ，升降舵偏角 为输入，并设置高超声速飞行器的飞行速度、航迹角、迎角、俯仰角速度以及飞行高度为状态变量，用 表示。则由上图的受力分析，可以将高超声速飞行器纵向模型的非线性方程组描述