一类高超声速飞行器的模型及开环响应研究雷军委丛晓陈黎明李恒摘要：本文针对一类国外通用的高超声速飞行器俯仰通道非線性模型，通过合理设置参数，研究了其开环响应，得到了系统在开环无控情况下，飞行器短时间内的运动轨迹，从而对动态模型的正确性与合理性进行初步预估与判断，并为模型中发动机参数的合理性进行初步校验，为下一步进行高超声速飞行器控制与仿真研究提供模型校验基础。关键词：高超声速;模型;稳定性;飞行器;开环响应：V211;TP391.9文献标识码：A：1671-2064（2020）12-0083-020引言高超声速飞行器由于其在军事上的重要战略意义，已经引起了世界主要军事大国的密切关注与持续研究[1]。然而由于速度超过5马赫带来的系列热的问题、制导精度问题、控制问题等等，使得其研究难度不仅体现在理论上，尤其体现在工程实践上。其中首要的重中之重在一模型研究，其是高超声速控制的理论基础，也是一直都是高超声速研究的重点与难点。除了原始模型与气动参数的真实性外，对于建模的方式，目前国内外不同研究机构的研究结果也各有不同[2-3]。而在确定的全弹道模型基础上，对于工程师来说，如何对模型进行简化处理，也是一个非常关键的问题。从全弹道模型经过不同的简化方式，得到的俯仰通道模型也各有不同。如果不进行模型简化处理，对进行控制器设计工作来说是难度很大的，有时即使是有经验的理论工作者也无从下手。而过于简化，也会带来简化后的模型无法代表高超声速模型的动态特性的问题。本文首先针对一类比较简单的俯仰通道高超声速简化模型，其阻力与力矩与攻角的二次方有关，而且关系均为线性，同时与速度的铰链也较小，不考虑弹性模态的形变影响，进行其开环响应研究，以初步了解该高超声速模型的动态特性。1模型描述2模型参数设置与开环响应分析为了进行系统的开环仿真，首先设置模型参数如下：进行开环仿真的先决调节是系统无控，由于我们仅对俯仰通道的模型进行校验判别，因此设置舵偏，编写程序并运行，得到相关飞行仿真曲线如图1～图6。3结论从以上仿真曲线可以看出，该模型的攻角跟踪控制器是开环自稳定的，因此此模型的控制难度小，而且基于供油因子的速度PID控制器也是有效的。进一步观察其平飞攻角大约在2°，因此此时升力与重力平衡，飞行器的高度基本不变，速度倾角趋于0°，而姿态角趋于2°。当然，可以进一步设计速度控制器，使得发动机工作更连续，而使升阻力比更为正常。从上述开环响应可以初步判断，整个模型是合理有效的，从而为下一步控制算法仿真打下坚实的基础。参考文献[1]钱承山，吴庆宪，姜长生，等.空天飞行器再入姿态模糊切换多模型控制[J].系统工程与电子技术，2007，29（11）：1912-1916.[2]黎科峰，宋剑爽，任章，等.基于模糊逻辑的再入RCS控制方法[J].北京航空航天大学学报，2008，34（12）：1407-1410.[3]周丽.基于回馈递推方法的近空间飞行器鲁棒自适应控制[D].南京：南京航空航天大学，2008.[4]张浩华.基于高超声速飞行器纵向模型的及抗饱和鲁棒控制研究[D].南京：南京理工大学，2008.[5]高志峰.复杂系统的容错控制技术及其在近空间飞行器中的应用研究[D].南京：南京航空航天大学，2011.-全文完-