高超声速飞行器快速终端滑模保性能容错控制
收稿日期: 2023-01-05
修回日期: 2023-02-01
录用日期: 2023-03-07
网络出版日期: 2023-03-17
基金资助
国家自然科学基金青年基金项目(62003372);湖南省自然科学基金青年基金项目(2022JJ40633);装备预研教育部联合基金(8091B032134)
Fast terminal sliding mode fault⁃tolerant control of hypersonic vehicle with guaranteed performance
Received date: 2023-01-05
Revised date: 2023-02-01
Accepted date: 2023-03-07
Online published: 2023-03-17
Supported by
National Natural Science Foundation of China(62003372);Natural Science Foundation of Hunan Province(2022JJ40633);Joint Fund of the Ministry of Education for Equipment Pre-research(8091B032134)
针对高超声速飞行器在模型不确定、外部干扰和执行机构故障影响下的姿态控制问题，提出了一种考虑预设性能的非奇异快速终端滑模容错控制方法。首先，基于姿态运动模型和执行机构故障模型建立了面向容错控制的模型，并利用预设性能函数对姿态跟踪误差系统的瞬态和稳态性能进行定量化设计；其次，设计了新型滑模干扰观测器对由模型不确定、外部干扰和执行机构故障组成的复合干扰进行精确估计；然后，以复合干扰的估计值作为补偿设计了非奇异快速终端滑模容错控制器，并利用Lyapunov稳定性理论证明了闭环系统的稳定性；最后，仿真结果验证了该方法具有较好的容错性能。
关键词： 高超声速飞行器; 姿态容错控制; 滑模干扰观测器; 非奇异快速终端滑模控制; 预设性能控制
王忠森 , 廖宇新 , 魏才盛 , 戴婷 . 高超声速飞行器快速终端滑模保性能容错控制[J]. 航空学报, 2023 , 44(24) : 328476 -328476 . DOI: 10.7527/S1000-6893.2023.28476
Aiming at the attitude control problem of hypersonic vehicle under the influence of model uncertainties， external disturbances and actuator faults， a non-singular fast terminal sliding mode fault-tolerant control method considering prescribed performance is proposed. Firstly， a fault-tolerant control model is established based on the attitude motion model and the actuator faults model， and the transient and steady-state performance of the attitude tracking error system is quantitatively designed by using the prescribed performance function. Secondly， a novel sliding mode disturbance observer is designed to accurately estimate the compound disturbances composed of model uncertainties， external disturbances and actuator faults. Then， a non-singular fast terminal sliding mode fault-tolerant controller is designed with the estimated value of the compound disturbances as compensation， and the stability of the closed-loop system is proved by the Lyapunov stability theory. Finally， simulation results show that the proposed method has good fault tolerance performance.
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