Fractional-Order Sliding Mode Control of Air-Breathing Hypersonic Vehicles Based on Linear-Quadratic Regulator

Cao Lin; Tang Shuo; Zhang Dong

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Fractional-Order Sliding Mode Control of Air-Breathing Hypersonic Vehicles Based on Linear-Quadratic Regulator

机译：基于线性二次调节器的空气超音速飞行器的分数阶滑模控制

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A new fractional-order sliding mode control (FOSMC) scheme is investigated for air-breathing hypersonic vehicles (AHVs). The control scheme proposed is designed based on linear-quadratic optimal theory. First, by using the technique of input/output feedback linearization, the longitudinal model of AHVs is linearized to be decoupled tracking-error dynamics. Second, a linear-quadratic regulator (LQR) is designed to ensure that the tracking-error dynamics converge to the equilibrium point as soon as possible. Based on LQR, a novel fractional-order sliding manifold is introduced. Subsequently, the FOSMC is designed to reject system uncertainties and reduce the magnitude of control chattering. Then, Lyapunov stability theory is used to prove the finite-time convergence of the closed-loop system. The simulations indicate that the proposed control scheme shows excellent performance and robustness in the absence of uncertainties. Compared with conventional integer-order sliding mode control (IOSMC), the high-frequency chattering of control input is drastically depressed. (C) 2018 American Society of Civil Engineers.

机译：研究了一种用于空气呼吸超音速飞行器（AHV）的新的分数阶滑模控制（FOSMC）方案。基于线性二次最优理论设计了所提出的控制方案。首先，通过使用输入/输出反馈线性化技术，将AHV的纵向模型线性化以解耦跟踪误差动力学。其次，设计了线性二次调节器（LQR），以确保跟踪误差动力学尽快收敛到平衡点。基于LQR，介绍了一种新颖的分数阶滑动流形。随后，FOSMC旨在消除系统不确定性并降低控制震颤的幅度。然后，利用李雅普诺夫稳定性理论证明了闭环系统的有限时间收敛性。仿真表明，所提出的控制方案在没有不确定性的情况下表现出优异的性能和鲁棒性。与传统的整数阶滑模控制（IOSMC）相比，控制输入的高频颤动被大大抑制了。（C）2018美国土木工程师学会。

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来源
《Journal of aerospace engineering》 |2018年第3期|04018022.1-04018022.9|共9页
作者
Cao Lin; Tang Shuo; Zhang Dong;
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作者单位

Northwestern Polytech Univ, Coll Astronaut, Xian 710072, Shaanxi, Peoples R China;

Northwestern Polytech Univ, Coll Astronaut, Xian 710072, Shaanxi, Peoples R China;

Northwestern Polytech Univ, Shaanxi Aerosp Flight Vehicle Design Key Lab, Xian 710072, Shaanxi, Peoples R China;

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原文格式 PDF
正文语种 eng
中图分类
关键词
Fractional control; Sliding mode control; Linear-quadratic regulator; Air-breathing hypersonic vehicles;

机译：分数控制;滑模控制;线性二次调节器;呼吸高超音速飞行器;

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机译：空气呼吸高超声速飞行器模型的非线性鲁棒/自适应控制器设计（预印本）

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