论文摘要：基于GA的分数阶自抗扰高速飞行器姿态控制研究

高速飞行器是近年来各个军事大国的研究重点，但因其飞行速度高造成了气动环境复杂，模型不确定性加大，尤其飞行器在再入过程中，外部飞行环境变化更为剧烈，使得飞行控制系统的设计难度加大。传统的飞行器控制系统设计方法已很难满足对控制系统的高品质要求，因此发展非线性控制方法势在必行。本文参考国内外相关文献，利用NASA兰利研究中心的高超声速飞行器为基础，建立了高超声速飞行器无动力再入飞行阶段的模型，并给出了大气、气动力和气动力矩模型，在基本参数确定之后分析了其开环特性，得出了其在再入过程中飞行系统零输入响应不稳定、三通道之间耦合严重，不能够对三通道单独设计控制器的结论。在分析多种非线性控制方法之后，确定了采用分数阶 PIλDμ 理论与自抗扰控制技术相结合设计姿态控制系统。首先，建立飞行器纵向姿态控制模型，验证分数阶 PIλDμ 自抗扰控制器的有效性，并用遗传算法解决控制器参数整定的盲目性和费时费力的难题。其次，基于纵向姿态控制器的理论方法，运用时标分离原理，设计三通道、双闭环再入姿态控制系统，采用扩张状态观测器（Extended State Observer，ESO）、跟踪微分器（Tracking-Differentiator，TD）分别与线性反馈和非线性状态误差反馈（Nonlinear State Error Feedback, NLSEF）相结合，对比分析非线性状态反馈与线性状态反馈对自抗扰控制系统的影响，仿真结果表明，采用跟踪微分器（TD）安排过渡过程并以分数阶 PIλDμ 作为线性反馈的分数阶 PIλDμ 自抗扰控制系统，有着更好的动态特性和更强的鲁棒性。

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