Control Tolerante a Fallos de Modo de Deslizamiento de Segundo Orden Rápido y Suave Adaptativo para Vehículos Hipersónicos
Autores: Cao, Lijia; Liu, Lei; Ji, Pengfei; Guo, Chuandong
Idioma: Inglés
Editor: MDPI
Año: 2024
Acceso abierto
Artículo científico
2024
Control Tolerante a Fallos de Modo de Deslizamiento de Segundo Orden Rápido y Suave Adaptativo para Vehículos Hipersónicos
Categoría
Ingeniería y Tecnología
Subcategoría
Ingeniería Aeroespacial
Palabras clave
Adaptativo
Tolerante a fallos
Esquema de control
Modo deslizante
Perturbaciones
Incertidumbres
Licencia
CC BY-SA – Atribución – Compartir Igual
Consultas: 28
Citaciones: Sin citaciones
En respuesta a los problemas de control en vehículos hipersónicos bajo perturbaciones externas, incertidumbres del modelo y fallos de actuadores, este documento propone un esquema de control tolerante a fallos de modo deslizante de segundo orden rápido y adaptativo. Primero, se adopta un enfoque de separación del sistema, dividiendo el modelo del vehículo hipersónico en lazos rápidos y lentos para un diseño independiente. Esto asegura que el error de seguimiento del ángulo de flujo de aire y las variables del modo deslizante converjan a la vecindad del origen en un tiempo finito. Luego, se diseña un observador de perturbaciones de tiempo fijo para estimar y compensar los efectos de las incertidumbres del modelo, las perturbaciones externas y los fallos de actuadores. Los parámetros del controlador se ajustan dinámicamente a través de un término adaptativo para mejorar la robustez. Además, se utiliza la diferenciación de primer orden para estimar términos diferenciales, evitando efectivamente el problema de explosión de complejidad. Finalmente, se prueba rigurosamente la convergencia del controlador en un tiempo finito utilizando el método de Lyapunov, y se prueba la perturbación de los parámetros aerodinámicos utilizando el método de Monte Carlo. Los resultados de simulación en varios escenarios muestran que, en comparación con el método de modo deslizante terminal, el método propuesto supera la precisión de control y la velocidad de convergencia. Los errores cuadráticos medios para el ángulo de ataque, el ángulo de deslizamiento y el ángulo de alabeo se reducen en un 65.11%, 86.71% y 45.51%, respectivamente, mientras que la desviación estándar se reduce en un 81.78%, 86.80% y 45.51%, demostrando que el controlador propuesto tiene una convergencia más rápida, mayor precisión de control y una salida más suave que el controlador de modo deslizante terminal.
Descripción
En respuesta a los problemas de control en vehículos hipersónicos bajo perturbaciones externas, incertidumbres del modelo y fallos de actuadores, este documento propone un esquema de control tolerante a fallos de modo deslizante de segundo orden rápido y adaptativo. Primero, se adopta un enfoque de separación del sistema, dividiendo el modelo del vehículo hipersónico en lazos rápidos y lentos para un diseño independiente. Esto asegura que el error de seguimiento del ángulo de flujo de aire y las variables del modo deslizante converjan a la vecindad del origen en un tiempo finito. Luego, se diseña un observador de perturbaciones de tiempo fijo para estimar y compensar los efectos de las incertidumbres del modelo, las perturbaciones externas y los fallos de actuadores. Los parámetros del controlador se ajustan dinámicamente a través de un término adaptativo para mejorar la robustez. Además, se utiliza la diferenciación de primer orden para estimar términos diferenciales, evitando efectivamente el problema de explosión de complejidad. Finalmente, se prueba rigurosamente la convergencia del controlador en un tiempo finito utilizando el método de Lyapunov, y se prueba la perturbación de los parámetros aerodinámicos utilizando el método de Monte Carlo. Los resultados de simulación en varios escenarios muestran que, en comparación con el método de modo deslizante terminal, el método propuesto supera la precisión de control y la velocidad de convergencia. Los errores cuadráticos medios para el ángulo de ataque, el ángulo de deslizamiento y el ángulo de alabeo se reducen en un 65.11%, 86.71% y 45.51%, respectivamente, mientras que la desviación estándar se reduce en un 81.78%, 86.80% y 45.51%, demostrando que el controlador propuesto tiene una convergencia más rápida, mayor precisión de control y una salida más suave que el controlador de modo deslizante terminal.