高超声速飞行器机动飞行受限控制方法研究
超高速飞行器控制系统设计与实现
超高速飞行器控制系统设计与实现前言随着科技的发展，人类对于探索宇宙的兴趣和热情也日益高涨。
超高速飞行器的诞生，成为了人类前往宇宙探索的重要方法之一。
而超高速飞行器的控制系统设计与实现，也是一个至关重要的环节。
本文将围绕超高速飞行器控制系统的设计与实现展开深入的探讨。
一、超高速飞行器概述超高速飞行器，是一种能够以极快的速度穿越大气层和空间的飞行器。
超高速飞行器的特点在于其具有极高的速度和机动性能，被广泛应用于国防、航空航天、地球物理勘探等领域。
超高速飞行器的速度一般在5马赫以上，高达20马赫；其高超声速飞行不能采用常规的飞行控制技术，需要采用超高速飞行器控制系统才能保证其飞行稳定和安全。
二、超高速飞行器控制系统设计原理超高速飞行器的控制系统设计原理在于结合控制理论和目标需求，构建出一套稳定可靠、运行高效的飞行控制系统，以保证超高速飞行器的飞行稳定和安全。
超高速飞行器的控制系统分为航空控制系统和姿态控制系统两部分。
其中，航空控制系统包括制导、导航、自动驾驶等控制技术，而姿态控制系统则控制着超高速飞行器的姿态。
在超高速飞行器控制系统的设计中，需要考虑因地球引力变化而导致的加速度，同时也需要考虑空气动力学和大气密度引起的阻力、升力变化问题。
超高速飞行器的控制系统设计需要采用先进的基于模型预测控制和非线性控制算法，并结合模拟仿真方法进行系统优化和验证，以实现其运行稳定可靠。
三、超高速飞行器控制系统实现方法在超高速飞行器的控制系统实现中，需要采用高端的主控芯片和大容量的存储器，以保证系统运行的高速和稳定。
同时，还需要配备先进的传感器和执行部件，以实现对飞行器的精确控制。
超高速飞行器的控制系统实现方法包括硬件实现和软件实现两种。
硬件实现主要指采用航空控制系统和姿态控制系统中需要使用到的芯片、传感器、电路板、执行部件以及供电设备等。
而软件实现则指的是采用各类电脑编程软件、控制模块软件等，编写飞行控制算法和实现对控制系统的实时监控。
高超声速飞行器技术突破探究
高超声速飞行器技术突破探究高超声速飞行器是指飞行速度超过音速5倍以上的飞行器。
相比传统的亚音速和超音速飞行器，高超声速飞行器具有更高的速度、更大的机动能力以及更强大的打击力，被认为是未来军事技术发展的重要方向之一。
近年来，全球范围内科学家和研究机构不断努力，试图突破高超声速飞行器技术的限制，以满足国家安全和军事需求。
高超声速飞行器技术的突破探究涉及多个关键领域和关键技术。
首先，需要解决的是材料和热防护技术。
由于高超声速飞行器飞行时受到极高的温度和压力影响，传统材料无法承受这样的环境，因此需要开发新材料和热防护技术，以确保飞行器在高速飞行状态下的耐久性和安全性。
其次，飞行器的动力系统也是一个关键问题。
高超声速飞行器需要具备强大的发动机推力，以克服巨大的风阻和惯性阻力。
传统的喷气发动机和火箭发动机无法满足高超声速飞行器的需求，因此需要采用新型的推进系统，如超燃冲压发动机和核能推进系统，以实现高超声速飞行器的高速和机动性。
此外，导航和控制系统也是高超声速飞行器技术突破的关键。
在高速飞行过程中，导航和控制系统需要具备高度的精确性和灵活性，以应对复杂的飞行环境和任务需求。
同时，高超声速飞行器的机动能力也对控制系统提出了更高的要求，需要提供更精确和快速的响应，以实现飞行器的稳定和精确的机动性。
此外，高超声速飞行器还需要具备高度的隐身性能。
尽管高超声速飞行器的速度非常快，但由于其击打目标的时间窗口非常短暂，被发现的风险也相应增加。
因此，高超声速飞行器需要采用隐身技术，减小被探测的概率，提高生存能力和任务执行的成功率。
综上所述，高超声速飞行器技术突破探究需要解决材料和热防护技术、动力系统、导航和控制系统以及隐身性能等多个关键问题。
在这些关键领域中，科学家和研究机构正不断寻求突破，并取得了一些重要进展。
例如，新型的超燃冲压发动机和核能推进系统正在不断研究和开发中，新材料和热防护技术也在逐渐成熟。
同时，导航和控制系统以及隐身技术也得到了长足发展。
超高音速飞行器的导航与控制技术
超高音速飞行器的导航与控制技术随着科技的不断发展，人类对于超高音速飞行器的研究也越来越深入。
超高音速飞行器作为一种全新的交通工具，具有快速、高效的特点，但同时也面临着许多挑战，其中最为重要的就是导航与控制技术。
本文将探讨超高音速飞行器导航与控制技术的现状和未来发展方向。
超高音速飞行器的导航与控制技术具有复杂性和高度的难度。
首先，超高音速飞行器的速度巨大，达到马赫数的多倍，需要精确的导航和控制才能保证飞行的稳定性和安全性。
其次，超高音速飞行器在飞行过程中会受到空气动力学的复杂影响，如空气阻力、湍流等，这对导航和控制系统的设计提出了更高的要求。
目前，针对超高音速飞行器的导航与控制技术，已经取得了一些重要的突破。
首先是惯性导航系统的发展。
惯性导航系统是基于陀螺仪、加速度计等传感器实现的导航系统，具有高精度、快速响应的特点。
惯性导航系统的应用可以实现超高音速飞行器的定位和姿态控制，提高飞行器的飞行稳定性。
其次是引入先进的飞行控制算法。
针对超高音速飞行器的空气动力学复杂性，需要采用更加先进的飞行控制算法来实现精确的控制。
例如，基于强化学习的自适应控制算法可以通过不断的试错优化来提高飞行控制系统的性能。
此外，也可以借鉴机器学习和人工智能领域的一些成果，如深度学习和神经网络，来实现更加智能化的飞行控制。
除了上述技术突破之外，超高音速飞行器的导航与控制技术还需要解决一系列的挑战。
首先是能量和热量的管理。
由于超高音速飞行器的速度非常快，会产生大量的摩擦热量，对于导航和控制系统的温度管理提出了极高的要求。
其次是通信与导航的协同。
超高音速飞行器需要与地面控制中心保持实时的通信，以实现远程控制和飞行路径的调整，而这需要高速、稳定的通信网络来支持。
未来，超高音速飞行器导航与控制技术的发展方向主要包括以下几个方面。
首先是传感器技术的发展。
通过引入更加先进的传感器，如光学传感器、红外传感器等，可以提高导航和控制系统的感知能力，实现更加精确的定位和控制。
高超声速飞行器设计与研发的关键问题
高超声速飞行器设计与研发的关键问题高超声速飞行器（Hypersonic Aircraft）是指在大气层中飞行时速度超过5马赫（即每小时约6100公里）的飞行器。
随着科技的不断发展，高超声速飞行器的研发成为当前领域的热点之一。
本文将围绕高超声速飞行器的设计与研发，探讨其关键问题和挑战，并分析可能的解决方案。
一、材料选择与热防护高超声速飞行器面临的第一个关键问题是材料的选择和热防护。
由于飞行速度非常快，飞行器会受到极高温度的影响，这对材料的性能提出了极高的要求。
传统的金属材料往往难以承受高超声速飞行时产生的巨大热量，因此需要开发新的热防护材料。
炭化硅陶瓷材料等新型复合材料被认为是理想的选择，具有良好的抗高温性能。
二、空气动力学特性高超声速飞行器的空气动力学特性是其设计与研发过程中的另一个关键问题。
高超声速飞行时，飞行器将遭遇极大的空气阻力和压力，必须具备良好的空气动力学性能才能保持稳定和安全的飞行。
优化飞行器的外形、减少阻力、提高升力，采用气动热管理技术等方法可以改善其空气动力学性能。
三、推进系统推进系统是高超声速飞行器设计与研发的另一个关键问题。
由于高超声速飞行速度非常快，要求推进系统能够提供足够的推力。
目前常用的推进系统包括火箭发动机和超燃冲压发动机。
火箭发动机提供了巨大的推力，适合于高超声速飞行器的起飞和初段加速。
而超燃冲压发动机则具有较高的燃烧效率和较长的续航能力，适合高超声速飞行器的巡航和长程飞行。
四、飞行控制与导航飞行控制与导航是高超声速飞行器设计与研发的重要问题。
由于高超声速飞行器的速度极快，对飞行控制和导航系统的要求也很高。
需要采用先进的飞行控制算法、高精度的导航设备以及实时的飞行状态监测系统，确保高超声速飞行器能够精确控制航向、高度和速度。
五、飞行安全高超声速飞行器的飞行安全是设计与研发过程中的最终关键问题。
高超声速飞行器面临着由于飞行速度快、温度高、气动力复杂等因素带来的各种飞行安全挑战。
高超声速飞行器技术研究
高超声速飞行器技术研究第一章研究背景高超声速飞行器技术是目前国际上航空飞行领域最具前沿性的重要研究方向之一。
这种新型飞行器能够在大气层极高速度下飞行，具有极强的机动能力和抗干扰能力，实用价值极高。
目前，美国、俄罗斯、中国等国家都在积极开展高超声速飞行器技术研究，目的在于提高自身国防实力，并拓展民用领域的应用前景。
第二章技术现状目前，全世界在高超声速飞行器技术方面的研究可分为两大类，即飞行器的气动布局和运动控制。
在气动布局方面，高超声速飞行器主要分为气动光滑体、球弹、掠面机翼等几种形式。
在运动控制方面，高超声速飞行器涉及多学科交叉，主要包括热防护材料、涡流制动、魔方阵控制等方面。
在美国，高超声速技术一直是国防部关注的重点领域。
美国空军和海军等军方单位已经开展了多年的高超声速飞行器研究，先后研制出多款高超声速飞行器，如X-51Waverider、X-43A、X-15等。
我国自2000年开始开展高超声速技术研究，随着国家实力的不断增强，高超声速飞行器技术也取得了长足发展。
中国航空航天工业集团、中国航天科技集团等国内航空工业领域企业已相继进行高超声速飞行器技术研究和开发计划，取得了多项成果，推动了我国高超声速技术的发展。
目前，我国的高超声速技术主要应用于航空军事、纵深打击、反导拦截和航空航天探测等领域，同时对于物理科学、可再生能源、环保等方面也有着广泛的探索和研究。
第三章技术难点高超声速飞行器技术的研究难点主要集中于以下几个方面：1. 气动布局方面。
高超声速飞行器面临着气动热、气动力等诸多问题，设计合理的气动布局是高超声速飞行器研究的重中之重。
2. 热防护材料方面。
高超声速飞行器的速度较快，摩擦加热程度极高，需要采用超高温热防护材料。
3. 运动控制方面。
高超声速飞行器的机动和操控能力需要达到极高水平，运动控制的研究和应用是高超声速飞行器研究的重要目标。
第四章技术前景高超声速飞行器技术的应用前景非常广阔。
吸气式高超声速飞行器控制
经验教训与启示
总结实际案例中的经验教训与启示，为后 续吸气式高超声速飞行器控制系统的设计 与实践提供借鉴与参考。
06
未来展望与挑战
吸气式高超声速飞行器控制技术的发展趋势
智能化控制
随着人工智能技术的进步，吸气式高超声速飞行器的控制技术将越来越智能化。先进的算 法和机器学习技术可用于实时决策和优化控制策略，提高飞行器的自主性和适应性。
导航与制导协同优化
综合考虑飞行器性能、任务需求和约束条件，对导航与制 导策略进行协同优化，实现任务成功率和效费比的最大化 。
智能导航与制导
引入人工智能、深度学习等技术，实现导航与制导系统的 自主学习、自适应和自主决策能力，提高复杂环境下的任 务执行能力。
05
吸气式高超声速飞行器的 控制系统设计与实践
终端制导
在接近目标时，通过高精度传感器对目标进行捕获和跟踪，实现精 确打击。要求传感器具有高分辨率、快速捕获和抗干扰能力。
复合制导
综合运用多种制导方式，根据不同飞行阶段和任务需求，实现优势互 补，提高制导精度和抗干扰能力。
导航与制导的集成技术
导航与制导信息融合
将不同导航系统和制导方式提供的信息进行有效融合，提 高导航与制导的整体性能。采用卡尔曼滤波、联邦滤波等 信息融合算法进行处理。
控制系统的鲁棒性问题
吸气式高超声速飞行器的控制系统需要具有很高的鲁棒性，以应对各种不确定性因素（如模型误差、外 部干扰等）。提高控制系统的鲁棒性将有助于保证飞行器的安全性和稳定性。
提高吸气式高超声速飞行器控制性能的建议和前景
加强跨学科合作
加大研发投入
建立开放合作机制
吸气式高超声速飞行器控制技术涉及 多个学科领域，包括航空航天、控制 理论、人工智能等。加强跨学科合作 ，促进不同领域专家的交流与合作， 有助于推动控制技术的创新与突破。
一种干扰补偿的高超声速变后掠翼飞行器跟踪控制方法
一种干扰补偿的高超声速变后掠翼飞行器跟踪控制方法高超声速飞行器的跟踪控制是航空领域中的一个关键问题。
由于高超声速飞行器的飞行速度快，飞行过程中面临的干扰较大，因此需要有效的控制方法来提高飞行器的稳定性和控制精度。
本文提出了一种干扰补偿的高超声速变后掠翼飞行器跟踪控制方法，旨在解决高超声速飞行器跟踪过程中的干扰问题，以提高飞行器的控制精度和稳定性。
1. 高超声速变后掠翼飞行器的跟踪控制需求高超声速飞行器是指飞行速度超过5倍音速的飞行器。
由于高超声速飞行器飞行速度快，飞行过程中会遇到较大的气动力和干扰，给跟踪控制带来了困难。
因此，需要开发一种有效的跟踪控制方法来解决这个问题。
2. 干扰对高超声速变后掠翼飞行器跟踪控制的影响干扰是指飞行器在飞行过程中受到的各种外界因素的影响，如气动力、风速、湍流等。
这些外界因素会引起飞行器偏离预定轨迹，影响跟踪控制的性能。
因此，需要采取措施来补偿干扰，提高跟踪控制的精度和稳定性。
3. 干扰补偿的原理与方法干扰补偿是通过对干扰进行监测、分析和预测，并利用控制系统进行补偿，使飞行器能够准确跟踪预定轨迹。
具体的干扰补偿方法可以包括模型预测控制、自适应控制、模糊控制等。
在本文中，我们提出了一种基于模型预测控制的干扰补偿方法。
4. 基于模型预测控制的干扰补偿方法模型预测控制是一种基于模型的控制方法，它通过预测系统的未来状态，并根据预测结果进行控制，以实现对系统的稳定性和精确性的控制。
在基于模型预测控制的干扰补偿方法中，首先需要建立高超声速变后掠翼飞行器的数学模型，并进行参数辨识。
然后，通过预测系统的未来状态，获取到干扰的信息。
最后，利用控制器对干扰进行补偿，使飞行器能够准确跟踪预定轨迹。
5. 举例说明为了更好地理解基于模型预测控制的干扰补偿方法，我们以某种高超声速变后掠翼飞行器为例。
首先，我们建立了该飞行器的数学模型，并通过实验进行参数辨识。
然后，在飞行过程中，我们监测并分析了干扰的来源和影响。
基于自抗扰控制技术的高超声速飞行器控制研究
基于自抗扰控制技术的高超声速飞行器控制研究基于自抗扰控制技术的高超声速飞行器控制研究近年来，高超声速飞行器在航空航天领域引起了广泛的关注。
高超声速飞行器的出现不仅极大地推动了航空技术的发展，也对飞行器控制技术提出了更高的要求。
由于高超声速飞行器的特殊工况，传统的控制方法已经无法满足需求，因此，研究基于自抗扰控制技术的高超声速飞行器控制成为了一个重要课题。
高超声速飞行器控制涉及到多个方面的问题，如姿态控制、飞行路径跟踪和飞行稳定性等。
其中，姿态控制是高超声速飞行器控制中最为关键的一环。
由于高超声速飞行器的高速飞行特性，其姿态变化剧烈，传统的姿态控制方法已经无法满足需求。
因此，基于自抗扰控制技术的姿态控制成为了高超声速飞行器控制的研究热点。
基于自抗扰控制技术的姿态控制，主要通过引入扰动观测器和控制器来实现。
扰动观测器可以对外部扰动进行估计和补偿，从而使系统具备更好的抗干扰能力。
控制器通过根据扰动观测器的估计结果进行修正，实现对飞行器姿态的精确控制。
通过引入自抗扰控制技术，可以提高姿态控制系统的鲁棒性和稳定性。
在高超声速飞行器的控制研究中，利用自抗扰控制技术能够解决多种问题。
首先，由于高超声速飞行器飞行速度较快，飞行器表面会受到强烈的气动力和热载荷的影响，这些扰动会对姿态控制系统产生较大的影响。
利用自抗扰控制技术，可以精确估计和补偿这些扰动，使飞行器姿态控制系统具备更好的鲁棒性。
其次，高超声速飞行器由于飞行速度较快，对操纵输入的敏感性较高。
传统的姿态控制方法很难应对高超声速飞行器在不同工况下对操纵输入的高要求。
利用自抗扰控制技术，可以通过引入控制器来修正操纵输入，以实现高超声速飞行器在不同工况下的精确控制。
最后，高超声速飞行器的飞行特性非常复杂，例如激波和边界层的相互作用以及失稳现象等。
传统的控制方法很难满足高超声速飞行器对飞行稳定性的要求。
利用自抗扰控制技术，可以实现对飞行器飞行稳定性的优化。
综上所述，基于自抗扰控制技术的高超声速飞行器控制研究具有重要的实际意义。
美国X-43高超声速飞行器调研
美国X-43高超声速飞行器调研一、高超声速飞行器背景 (1)1.1美国在高超声速技术领域独占鳌头 (1)1.2 欧洲国家积极推进高超声速技术开发 (3)1.3 日本实施高超声速飞行器发展计划 (4)二、高超声速飞行器特点 (4)2. 1 推进技术 (4)2. 2 材料技术 (5)2. 3 空气动力学技术 (5)2. 4 飞行控制技术 (6)2.5 X-43在技术方面有如下特显 (7)三、气动外形设计方法 (8)四、高超声速飞行器制导原理 (9)五、执行机构的选择及配置 (12)5.1 推进系统 (12)5.2 控制系统的执行机构 (14)六、X—43控制原理 (16)6.1 高超声速控制技术发展 (16)6.2 高超声速控制分析 (16)6.3 X-43A控制方法及分析 (17)6.4 高超声速控制技术新技术 (18)（1）非线性控制方法 (18)（2）鲁棒自适应控制方法 (19)七、总结 (19)一、高超声速飞行器背景高超声速飞行器是指在大气层内飞行速度达到M a = 5以上的飞行器。
自20世纪60年代以来, 以火箭为动力的高超声速技术已广泛应用于各类导弹和空间飞行器, 而目前世界各国正在积极发展另一类以吸气式发动机为动力的高超声速飞行器技术, 它的航程更远、结构质量轻、性能更优越。
实际上, 吸气式高超声速技术的发展始于20世纪50 年代,通过几十年的发展, 美国、俄罗斯、法国、德国、日本、印度、澳大利亚等国自20世纪90年代以来已在高超声速技术方面陆续取得了重大进展, 并相继进行了地面试验和飞行试验。
高超声速技术实际上已经从概念和原理探索阶段进入了以高超声速巡航导弹、高超声速飞机和空天飞机等为应用背景的先期技术开发阶段。
1.1美国在高超声速技术领域独占鳌头从1985 年至1994 年的10年间, 美国国家空天飞机计划(NASP)大大推动了高超声速技术的发展。
通过试验设备的大规模改造和一系列试验, 仅美国NASA 兰利研究中心就进行了包括乘波体和超燃发动机试验在内的近3 200次试验。
近空间高超声速飞行器运动控制仿真方法
近空间高超声速飞行器运动控制仿真方法1.引言1.1 概述近空间高超声速飞行器是指能在接近地球表面或低高度飞行并达到超声速的飞行器。
近年来，随着科技的发展和空间探索的深入，近空间高超声速飞行器的研究成为了航空领域的热点之一。
这种飞行器具有很高的飞行速度和机动性，具备广泛的应用前景，包括军事侦察、气象观测、地球探测等领域。
然而，近空间高超声速飞行器的运动控制是一个相对复杂的问题。
由于其高速飞行和复杂的飞行环境，需要使用先进的控制方法来确保飞行器的稳定性和安全性。
因此，针对近空间高超声速飞行器运动控制的仿真方法的研究变得十分重要。
本文将介绍近空间高超声速飞行器运动控制仿真方法的研究进展。
首先，我们将概述该研究的背景和意义，并介绍本文的结构安排。
然后，我们将详细介绍两种不同的运动控制方法，并通过仿真实验来验证其有效性。
最后，对本文的研究进行总结，并展望未来的研究方向。
通过对近空间高超声速飞行器运动控制仿真方法的研究，我们可以深入理解飞行器在不同空间环境下的动力学行为，为飞行器的设计和控制提供参考。
同时，通过仿真实验，我们可以评估不同控制方法在不同工况下的性能，为工程实践提供指导。
本文的研究成果具有理论和应用的双重意义，对于推动近空间高超声速飞行器的发展具有重要的促进作用。
在接下来的章节中，我们将详细介绍近空间高超声速飞行器运动控制方法一和方法二的要点。
同时，我们将详细描述仿真实验的方法和结果，并进行相应的数据分析和讨论。
最后，在结论部分，我们将对本文的研究结果进行总结，并对未来的研究方向进行展望。
通过本文的研究，我们希望能为近空间高超声速飞行器的运动控制提供新的思路和方法，并为该领域的发展做出重要的贡献。
1.2文章结构1.2 文章结构本文主要介绍近空间高超声速飞行器的运动控制仿真方法。
整篇文章分为三个部分进行展开。
具体的章节安排如下：2. 正文部分2.1 近空间高超声速飞行器运动控制方法一2.1.1 要点1在这一部分，将会详细介绍近空间高超声速飞行器运动控制的第一个方法，包括其原理、实现过程、控制策略等相关内容。
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既是超燃 冲压发 动机 工作条件 的要 求 ， 也 是 为 了减 小飞行 器状 态散 布。针 对吸 气式 高超 声速 飞行 器
进行 高度控 制时 ， 飞行器状 态和舵 偏 必须满足 约 束的 实际 问题 ， 引入 指令调 节器进行 高度 回路设 计 。
基于 Ｐ Ｉ ＋ Ｌ Ｑ方法设计 过载控制 器 ， 利 用高度 回路 的比例一 微分 产生过载信 号 ， 过载信 号经过指 令调节
方法进 行设 计 ， 考虑 飞行状 态和 舵偏 约束 ， 同时满 足
基金项 目： 国家 自然科学基金 （ ９ １ ２ １ ６ １ ０ ４ ） 资助
［ ２ ］ 中， Ｍ ｉ ｃ ｈ ａ ｅ ｌ 等人利用参考调节器解决了高超声 速飞行器燃油当量 比及舵偏受约束情况下的高度及 速度 跟 踪 问题 。Ａ ｎ ｄ ｒ ｅ ａ Ｓ ｅ ｒ ｒ ａ ｎ ｉ 等人 在 文献 ［ ３ ］ 中提 出自适应制导控制方法防止了高超声速飞行器制导
段可按 照基 准 弹道 进行 轨 迹 控 制 ， 而巡 航 飞行 段 纵 向采用 高度 控制 。巡航 飞行 段飞 行器 可 以实现一 定
器无动力滑翔段的制导控制问题 ， 使得该飞行器能 够避障的同时满足飞行状态约束 ， 取得 了良好的效 果。但与滑翔段制导控制不同， 中制导段 因发动机 工作 使得 飞行 状态 将受 到更 为严格 的约 束 ， 同时 ， 飞
针对 上 述 问题 ， 国 内外 的专 家 学者 在 高超 声 速 飞行 器 控 制 系 统 设 计 方 面 做 出 了 大 量 研 究 ： 文 献
及舵偏约束条件下的指令跟踪 ， 但其 高度指令不能 显 式表 达 ， 且 不能 实现 快速 机动 。 针对长航 时吸气式高超声速飞行器必须对飞行 状 态 和舵偏进 行 约束 ， 同 时实 现 快 速 机动 的控 制 问 题， 上述文献或未能充分考虑飞行状态约束 ， 或不能 实现快速机动 ， 为此有必要引入新 的控制方案 。本 文提 出 Ｌ Ｑ过 载控 制 器 和 Ｃ Ｇ指 令 调 节 器相 结 合 的
中图分类 号 ： Ｖ ２ ４ ９ ． １ ２ ２
吸 气式高 超声 速飞行 器是 指 以超燃 冲压发 动机 为 动力 ， 在大气 层 内实 现 飞 行 速度 大 于 ５倍 音速 的
过程中舵偏饱和。Ｚ ｉ ｎ ｎ ｅ ｃ ｋ ｅ ｒ 等人在文献［ ４ ］ 中针对 高超声速飞行器滑翔器设计 了一个指令调节器配合 自适 应控 制器 跟踪 参 考 信 号 ， 避免 了执 行 机构 饱 和 且防止了阵风饱和。但都没有考虑受发动机工作条 件 限制所 必需 满 足 的 飞 行 状 态 （ 如攻角、 俯 仰 角 速
行 器跟 踪预先 指定 的极 小 的航迹 角 （ 文 中取 一１ 。 ） 方 案 与 飞行 器在 中制 导段 快速 机动 的要求 不符 。文献 ［ ６ ］ 使用 自适应 控 制方 法完 成 了飞行 器 在 飞行 状 态
程度的机动， 但如果要求飞行器快速机动 ， 如依阶跃 高度 指令 迅速爬 升 时 ， 则 可 能导 致 飞行 器状 态 超 出 约束 ， 或舵偏饱和， 使得控制性能变差 ， 甚 至造成发 动机无 法 工作 。 因此 ， 高超 声速 飞行器 快速 机动 时 ， 如何协调飞行状态及舵偏的约束与实现快速指令跟 踪是 一个 急需解 决 的问题 。
２ ０ １ ６年 １ ２月
西 北 工 业 大 学 学 报
Ｊ ｏ ｕ ｎａ ｒ ｌ ｏ ｆ Ｎ ｏ ｒ ｔ ｈ ｗ ｅ ｓ ｔ ｅ ｒ ｎ Ｐ ｏ ｌ ｙ ｔ ｅ ｃ ｈ ｎ ｉ ｃ ａ ｌ Ｕ ｎ ｉ ｖ ｅ ｒ ｓ ｉ ｔ ｙ
Ｄｅ ｃ ． ２ ０ １ ６ Ｖｏ １ ． ３ ４ Ｎ ｏ ． ６
器生成调节指令 ， 过载控制器跟踪该指令完成高度跟踪。仿真结果表明， 该方法设计的控制系统在阵
风 干扰情 况下能够 满足状 态约束并 实现 快速跟 踪 。 关 键 词： 指 令调 节 器 ； 状 态约束 ； 受 限控 制 ； 模 型预 测控 制 ； 最优控 制
文献标 志码 ： Ａ 文章编 号 ： １ ０ ０ ０ － ２ ７ ５ ８ （ ２ ０ １ ６ ） ０ ６ － ０ ９ ４ ５ — ０ ６
收稿 日期 ： ２ ０ １ ６ — ０ ９ — ０ ６
作者简介 ： 杜吴昱 （ １ ９ ８ ８ 一） ， 西北工业大学博士研究生 ， 主要从事飞行器控制研究 。
・
９ ４ ６・
西
北
工
业大学学报 第３ ４卷
飞行器快速机动的要求。
型、 阵风模型和切变风模型组成。其 中阵风干扰对
高超 声速 飞行 器控 制 系 统 影 响 最 大 ， 该 扰 动 直接 影 响 飞行 器在空 中的飞行 过程 。 目前工 程上 常用 的是 全 波长 “ １ － ｃ ｏ ｓ ｉ ｎ ｅ ” 离 散 阵风模 型 。
率） 约束 。 Ｐ ｅ ｔ ｅ ｒ ｓ ｅ ｎ Ｃ ｈ ｒ ｉ ｓ ｔ ｏ ｐ ｅ ｒ 等人在文献 ［ ５ ］ 中， 利 用 了 拓展 指令 调节 器结合 预 测制导 设计 了高 超声速 飞行
飞行器 。超燃冲压发动机性能同马赫、 高度 、 飞行姿 态密切相关 ， 且发动机余量较小 ， 对飞行控制造成了 硬性约束。该飞行器控制系统的任务是控制飞行器 飞行状态 ， 使其满足超燃冲压发动机的工作条件 ， 同 时快速跟踪指令信号。长航时高超声速飞行器飞行 轨迹大 致可 分为 助推爬 升段 、 转弯 调整段 、 巡 航飞行 段 以及 下滑 飞行 段 ¨ Ｊ ， 其 中助 推爬 升段 和转 弯 调 整
第３ ４卷第 ６期
高超 声 速 飞 行器 机 动 飞行 受 限控 制方 法研 究
杜 昊昱 ，凡 永 华 ，闫 杰
（ 西北工业大学 航天学 院，陕西 西 安 ７ １ ０ ０ ７ ２ ）
摘
要： 吸 气式高超声速 飞行 器飞行 过程 中舵偏 不能过 大 ， 攻 角、 角速 率等 飞行状 态必须满足 约束 ， 这