Matlab高超声速飞行器的模型跟随控制方法及其仿真(2)
1.2 高超声速飞行器研究现状对于高超声速飞行器的研究，美国在这方面发展较好。50年代末，美国进行了X-15高超声速验证机的首次飞行试验。八、九十年代，美国又实施了“国家空天飞机计划”(NASP)，加速了高超声速飞行器的研究。1996年美国开始实施Hyper-X计划，从而推动高超声速飞行器从军用向军民两用转变。尽管高超声速飞行器研究在这几十年间有条不紊地进行着，但美国在X-51型高超声速飞行器试验中的三次失败提醒着人们，高超声速飞行器的研究并不是一帆风顺的，其中的难度随着研究的进行越来越大。而国内研究高超声速飞行器的初期，主要是吸收国外尤其是美国高超声速飞行器研究成果的经验，将研究重点放在超燃冲压发动机上。然而，国内研究团队只能取得一部分国外的研究成果，而这些研究成果也只是国外二三十年前的数据，且并不准确。于是国内研究学者奋发图强，前后历经四十年，终于取得了重要的成果，建立了高超声速飞行器的模型以及推算出了模型各方面的数据。随着我国高性能风洞的建成，高超声速飞行器的试验成为可能。我国军方在 2014年 1 月9 日首次试验了 10 倍声速的高超声速导弹，高超声速技术不再是美国等军事强国垄断的技术，我国将很快赶上并超越这方面发达的国家。
1.3 高超声速飞行器控制研究概述高超声速飞行器控制研究中主要包含两大模块：高超声速飞行器的模型建立以及高超声速飞行器的控制方法研究。高超声速飞行器的模型建立是对其在飞行中的姿态控制的基础。理论研究中一般采用简化后的模型，方便对其进行动力学分析。刘燕斌[11]等采用了最典型的一种高超声速飞行器的几何平面模型，即超燃冲压发动机位于飞行器下腹部，气体通过飞行器前体下壁面进行初步压缩，通过发动机管道进行再次压缩，进入后体膨胀，从而提高飞行器推动力。Shahriar Keshmiri[12]等介绍了两种模型建立方法， 即空气动力学模型建立方法及引擎模型建立方法。其采用的是高超声速飞行器的三文模型，比起典型模型，该模型更加精确，仿真结果与实物数据更为接近，但复杂度增加，尤其在对其进行空气动力学研究时更为困难。方群[13]等不是采用几何图像作为系统模型进行研究，而是从能量角度对高超声速飞行器建立了动力学模型。该模型建立运用了力学和能量学的知识，建立坐标系并得出动能、势能以及广义力的表达式，最后推导出高超声速飞行器的质心运动方程和绕质心转动运动方程。由于高超声速飞行器飞行姿态具有非线性、强耦合等特点，跟随控制所要求的响应时间应相对较短，超调量应相对较少，动态性能应总体稳定，尤其在高速飞行中面对各种复杂的飞行条件，使飞行器能够稳定持续飞行是高超声速飞行器跟随控制的研究重点。Kevin P.Groves[14]等提出了对于吸气式高超声速飞行器线性模型的跟随控制方法， 对其空气动力学模型进行分析，以升降舵偏转、燃烧室温度变化、扩散器面积比为输入对该模型进行跟踪控制。Haojian.Xu[15]等在对高超声速飞行器控制研究过程中发现：在非线性自适应控制中，当识别增益矩阵变得奇异时将出现问题。结果是基于动力学原理的自适应法则不能执行。这种情况下，即使实际的系统可控，其闭环系统也会不可控。针对这些问题，他们提出了鲁棒自适应控制方法。Haojian.Xu[16]等还提出一种神经网络鲁棒控制方法，该方法具有好的非线性解耦控制能力以及强的鲁棒性能，并且还具有一定的容错重构性能。
1.4 本文研究内容本文主题为高超声速飞行器的模型跟随控制方法及其仿真，架构如下：
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