吸气动力型高超声速飞行器跟踪控制与仿真研究(2)
度高的一方有着更大的主动性和快速反应的能力，速度的提高增强了导弹武器的作战效能与
攻击能力；速度的提高使得入轨飞行器有了摆脱地球引力的基本能力。在大气层内实现能够
高超声速飞行的飞行器正是人类许久以来的梦想，而这个梦想正在逐步地走向现实。高超声
速飞行器技术作为航空和航天技术的结合点，涉及高超声速空气动力学、计算流体力学、高
温气动热力学、化学动力学、导航与控制、电子信息、材料结构、工艺制造等多门学科，是
高超声速推进、机体/推进一体化设计、超声速燃烧、热防护、吸热型碳氢燃料、高超声速地
面模拟和飞行试验等多项前沿技术的高度综合。高超声速飞行器是当今航空航天领域的前沿
技术，是各航空航天大国竞相开展研究的热点领域，所以意义非凡。
1.2 动力型高超声速飞行器研究现状
当前的动力型高超声速飞行器的控制还未达到所期望的可靠性和灵活性， HAVS 使用急停
喷气发动机构造与飞机一体化构造，使得在推进系统和结构动力学中弹性机身之间的相互作
用非常强，使得想要达到精确控制还需要大量的研究。近年来，对于HAVS 的建模与控制已
投入相当大的努力。该控制器设计的主要挑战来自他们动态方程的高度复杂性以及在测量和
估计飞行器的空气动力学参数所带来的困难。为了给HAVS 设计可靠有效的控制器，必须要
考虑这些飞行器单独的动态特性及耦合方程。由于参数变化和宽速度的巨大复杂性，HAVS的飞行动态呈现的稳定性和动态性能不同于其他飞行器.由于这些特性，HAVS对于飞行条件
的变化相当敏感。同时，测量或估量空气动力特性也相当困难。因此，为了执行一个稳健的
高性能的飞行[2,3]
， 一个可克服上述不利条件的高度集成的控制方案是必需的。
在另一方面，许多动力系统是非线性和依赖参数的。因为难以设计非线性模型来观察，
许多研究者喜欢这种通过线性参数变化（LPV）系统来代替系统[4,10]
。因此，在过去的几十年
里，LPV 系统的分析和控制已被广泛地研究。近年来，由于LPV 系统中的优点和优势，LPV
建模与控制已经开发设计用于HAVS 巨大的参数变化和大航程。对于过驱动问题，控制器的
设计方法在冗余驱动的存在下给出了纵向LPV 高超声速飞行器的模型，从而执行一个理想的
操作。此外，相对于大参数变化和巨大包线的飞行航线，一些使用与切换相关的技术也被报
导。然而在实践中，一点点的不精确将不可避免的导致控制器的不精确性,因此控制器上一些
额外的可调参数往往也是必要的，这就促使我们对高超声速飞行器的轨道跟踪控制的问题进
一步研究。
目前，高超声速飞行器控制方面的研究主要讨论飞行器的纵向动态模型，随着现代控制
技术和理论的发展， 很多先进飞行控制理论在飞行控制领域得到了深入的研究和广泛的应用，
而对于高超声速飞行器，由于其飞行包线大，飞行环境复杂多变的特点，非线性控制方法和
智能控制方法称为高超声速飞行器控制研究的热点，现如今对于解决高超声速飞行器控制问
题的典型控制方法有如下几类：
1）直接线性化的控制方法
直接线性化的控制方法又包括变增益控制方式和随机跳变最优控制方式。变增益控制本
质上是一种直接线性化的方法， 最早用于X-43 飞行器的巡航控制中， 其基本思想是选择迎角、
马赫数等作为增益变量，在飞行全包络线内将非线性的飞行器模型在不同的配平条件下直接
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