? ? ? ? 高超聲速飛行器是指飛行馬赫數大于5的飛行器，它是一種近空間飛行器。“近空間”可簡單理解為：現有飛機飛行的最高高度（約20Km）和衛星運行軌道的最低高度（約100Km）間的空域。近空間飛行器可定性描述為：能持久穩定運行于近空間執行特定任務的各種飛行器。近空間飛行器的發展涉及國家安全與和平利用空間，是目前國際競相爭奪空間技術的焦點之一，是綜合國力的體現。近空間飛行器的出現將促生新的作戰樣式，改寫聯合作戰理論，并對未來技術局部戰爭產生重大影響。

? ? ? ?高超聲速飛行器與常規的飛行器相比其整體布局采用機身發動機一體化設計，這使得各個子系統之間具有更強的耦合性和非線性。為了滿足高超聲速飛行器在復雜的飛行條件下仍然擁有穩定的飛行性能和良好的飛行品質，必須采用全新的控制手段。

? ? ? 高超聲速飛行器各力作用于剛體中心如圖所示：

高聲速飛行器縱向動力學模型的非線性方程組可以按照其受力情況在速度坐標系上描述為:

建立如下的仿真模型：

?

?

輸出的四個變量V，alpha，theta，q，其仿真結果如下所示：

?

對于速度：

對于高度：

?

Clear

clc

%**********建立系統模型**********%

A=[-1.4225e-13 -9.9688 -16.641 0 -5.2784e-22;

?? 9.7346e-7 0 0.086872 0 5.8625e-10;?

?? -9.7346e-7 0 -0.086872 1 -5.8625e-10;

?? -1.6167e-15 0 0.78031 -0.076265 0;

?? -1.6645e-16 4525.6 0 0 0];

B=[16.219 0 ;6.1181e-5 0 ;-6.1181e-5 0 ;0 3.6619;0 0];

C=[1 0 0 0 0 ; 0 0 0 0 1];

D=0;

%**********判斷系統能控能觀測性**********%

Tc=ctrb(A,B);

To=obsv(A,C);

rank(Tc)

rank(To)

%**********極點配置設計**********%

p1=[-8,-7,-1+0.8i,-1-0.8i,-6]

K1=place(A,B,p1)?

A1=A-B*K1 ?% 極點配置后狀態反饋陣K3

figure(1)

sys1=ss(A1,B,C,D);

step(sys1)

grid on

%**********LQR控制設計**********%

Q21=[100 0 0 0 0;0 1 0 0 0;0 0 1 0 0;0 0 0 1 0;0 0 0 0 1]

Q22=[100 0 0 0 0;0 1 0 0 0;0 0 1 0 0;0 0 0 1 0;0 0 0 0 2.25]

Q23=[100 0 0 0 0;0 1 0 0 0;0 0 1 0 0;0 0 0 1 0;0 0 0 0 5]

R2=[100 0;0 1]

%求解Rcaati方程解出P并計算出最優反饋陣K，相應的r為LQR設計后系統的極點，K為LQR控制器狀態反饋陣

[K21,P21,r21]=lqr(A,B,Q21,R2)

[K22,P22,r22]=lqr(A,B,Q22,R2)

[K23,P23,r23]=lqr(A,B,Q23,R2)

%**********H無窮控制器設計**********%

B1=[-0.036524 0.96679;0 0; 3.9195e-5 0.081626;-0.0020147 -3.0354; 0 0];

% 干擾模型陣

C1=[1 0 0 0 0;0 1 0 0 0;0 0 1 0 0;0 0 0 1 0;0 0 0 0 1;0 0 0 0 0;0 0 0 0 0];

r=3.3;?????????????

R3=B*B'-(1/r^2)*B1*B1';

Q3=C1'*C1

[p31,p32,lamp,perr,wellposed,P3] =aresolv(A,Q3,R3)

K3=B'*P3;? % H無窮控制器反饋陣K3

%**********BODE圖**********%

A1=A-B*K1? % 極點配置后系統A陣

A2=A-B*K22 % K22為LQR控制器的狀態反饋陣K

A3=A-B*K3? % H無窮設計后系統A陣

sys=ss(A,B,C,D)?? % 原系統

sys2=ss(A2,B,C,D) % LQR設計后系統

sys3=ss(A3,B1,C,D)% H無窮設計后系統

figure(2)

bode(sys,'--')??? % 原系統伯德圖

hold on

bode(sys2,'.')??? %LQR設計后系統伯德圖

hold on

bode(sys3,'r')??? %H無窮設計后原系統伯德圖

grid on

?

A08-07

總結

以上是生活随笔為你收集整理的六自由度高超声速飞行器的建模与控制器设计的全部內容，希望文章能夠幫你解決所遇到的問題。

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