针对高超声速飞行的纵向动态离散控制...

简介：
本研究聚焦于高超声速飞行器纵向动态特性分析与离散控制系统设计，旨在提升飞行稳定性与操控性能。 ### 基于神经网络的高超声速飞行器纵向动力学离散控制研究 #### 摘要与背景 本段落介绍了一种基于神经网络（Neural Networks, NNs）的离散控制器设计方法，该方法针对高超声速飞行器（Hypersonic Flight Vehicle, HFSV）的纵向动力学进行控制。通过利用后向步进设计来构造虚拟控制，以逼近未知的动力学特性，并减少在线自适应参数的学习需求，确保系统内所有信号误差的均匀最终有界性（Uniformly Ultimately Bounded, UUB）。该方法的有效性通过翼身融合体模型的仿真验证。 #### 关键词解析 - **离散控制 (Discrete Control)**：指在时间上进行离散化的控制系统设计方法。由于计算机硬件的发展，大多数实际应用中的控制系统采用数字信号处理技术。 - **高超声速飞行器 (Hypersonic Flight Vehicle, HFSV)**：能够以超过5马赫的速度稳定飞行的飞机或航天器，面临复杂的气动特性和动力学特性挑战，是当前航空航天研究的重点领域之一。 - **后向步进设计 (Back-stepping Design)**：一种非线性控制设计方法，通过逐步反馈系统状态实现对复杂系统的精确控制。 - **神经网络 (Neural Network, NN)**：模仿人脑神经元结构的人工智能算法，在本段落中被用来逼近高超声速飞行器的未知动力学特性。 - **自适应参数 (Adaptive Parameter)**：在控制系统理论中，指可以通过学习调整以适应环境变化或模型不确定性的参数。 #### 研究动机与意义 尽管目前大多数控制设计研究关注连续时间域的方法，在实际应用中输入信号通常为离散形式。随着计算机硬件技术的进步，离散控制方法越来越受到重视。本段落提出的基于神经网络的离散控制方法不仅符合现代飞机普遍装备数字计算机的需求，还解决了因系统不确定性带来的挑战，并通过减少在线学习需求提高了鲁棒性和计算效率。 #### 研究内容 文章首先回顾了相关领域的研究工作，如直升机和轮式机器人的离散时间动力学控制。随后详细介绍了如何利用后向步进设计结合神经网络技术解决高超声速飞行器的纵向动力学问题，并通过每一步虚拟控制来逼近未知的动力特性，构建有效的控制器。此外提出了一种新的自适应参数学习方案以减少在线复杂度。 #### 实验验证 为证明所提方法的有效性，在翼身融合体模型上进行了仿真试验，结果表明该方法在不确定性环境下仍能有效控制高超声速飞行器的纵向动力学行为，并确保所有系统信号误差达到均匀最终有界性（UUB）标准。 #### 结论 本段落提出了一种基于神经网络和后向步进设计的离散控制器用于解决高超声速飞行器的动力学问题，通过减少在线自适应参数的学习需求提升了控制性能。未来研究可以进一步探索更复杂的动态模型及不同类型的神经网络架构以优化控制效果并拓展应用范围。