吸气动力型高超声速飞行器跟踪控制与仿真研究(3)
线性化，然后针对每个线性模型设计相应的线性控制器，然后用插值方法将不通电的设计综
合起来。而随机跳变最优控制方式的基本思路是：在飞行包线内的多个特征点将飞行器非线
性模型直接线性化，并转换为可以随机切换的多个模型，然后利用针对高超声速飞行器的纵
向运动模型，采用小扰动思想，在不同的高度和速度条件的平衡状态对模型线性化，并引入
匹配型不确定参数来适应外界的干扰。
2）模型线性化的控制方法
基于模型线性化的控制策略是高超声速飞行器控制中应用最广泛的方法，该方法的基本
思路是用一些线性化方法将非线性系统转换为线性的动态系统，再用基于线性系统设计理论
的控制方法对转换后的线性系统设计控制器，以满足系统设计指标要求，该方法又包括基于模型精确线性化的方法和基于动态逆的控制方法。基于模型精确线性化控制方法的基本思路
是针对高超声速飞行器非线性模型，基于微分几何知识，通过输入输出反馈线性化将非线性
系统转换为线性的动态系统，再用最优控制、滑模控制和 H 控制等方法设计转换后系统的控
制器。而基于动态逆方法适合非线性、强耦合、多变量和时变系统的控制，其基本思路是通
过对被控对象非线性耦合特性的准确建模，设计线性耦合时变控制器，以抵消对象非线性因
素，使得该对象变为伪线性系统，然后用线性控制理论实现对伪线性系统的控制律设计。
3）非线性模型直接控制方法
非线性直接控制方法的基本思路是直接针对非线性模型，通过一些特定的假设，将复杂
的非线性系统转化为特殊的严反馈形式，然后在利用反演控制方法设计控制器，控制信号由
一系列虚拟控制量递归计算得到，基于Lyapunov 稳定性理论设计控制器。
高超声速飞行器的特点决定了其具有高度非线性的动力学模型，因此，研究高超声速飞
行器控制问题的出发点就是解决非线性模型的控制问题。从采用泰勒级数展开得到直接线性
化方法到采用动态逆的模型线性化，再到直接针对非线性模型的控制方法，所涉及的控制理
论更加广泛，各种方法设计控制器的过程也有鲜明的优缺点，现如今基于模型线性化的控制
策略是高超声速飞行器控制中应用最广泛的方法。
1.3 课题研究的主要内容与方法
通过上述讨论的启发，本文将专注于 HAVS纵向模型下，基于非线性模型的线性化的控
制策略进行控制器问题的设计。这样做的目的是要通过使用非脆弱反馈控制来提供速度和高
度追踪监测。先将飞行器模型线性化，提出了 HAVS 纵向模型[6]
。然后建立在线性矩阵不等
式的条件下，通过使用非脆弱反馈控制方法，来进行跟踪性能分析和控制器合成。通过仿真
结果显示所提出的控制器设计方法的有效性。与现有的一些工作相比主要优势或者说，本文
研究的主要方法可归结为如下：
1）建立高超声速飞行器的模型，给出飞行器的动态特性方程并线性化，从而得出系统的
状态方程，可以考虑超声速飞行器在平面是由一个 LPV 系统构成的，这一直是有效地描述这
类非线性系统的方式。
2）这里选用控制器时，我们选用依赖时参的调度增益控制，这是因为在调查研究中非脆
弱输出跟踪控制问题以及设计的控制器在控制输入的增益上存在不确定性。
3）通过标准化软件LMI，对控制增益进行求解并优化，并用 MATLAB 进行仿真，以研究控制器设计的有效性。
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