本發明涉及控制領域，具體是一種高超聲速火箭車間歇采樣控制方法。

背景技術：

1、高超聲速火箭車的控制十分復雜，其難點在于高超聲速火箭車的速度和其表面的溫度存在著耦合關系，并且高超聲速火箭車表面的溫度不僅與時間有關而且與空間密切相關。而高超聲速火箭車的巡航控制和表面溫度的控制可以用線性的耦合的偏微分方程(partial?differential?equation,?pde)和常微分方程(ordinary?differentialequation,?ode)來表示。故高超聲速火箭車的巡航控制和表面溫度的控制難點就可以總結為無窮維的pde狀態和pde與ode之間的耦合關系。而間歇采樣控制具有控制成本低、控制效率高、易于實現和抗干擾能力強的特點，針對高超聲速火箭車控制系統，開發一種間歇采樣控制方法十分具有研究價值。

技術實現思路

1、為了實現高超聲速火箭車的控制，本發明提供一種高超聲速火箭車間歇采樣控制方法。

2、為實現上述目的，本發明提供如下技術方案：

3、一種高超聲速火箭車間歇采樣控制方法，所述方法包括：

4、s1，構造高超聲速火箭車控制系統的模型，包括高超聲速火箭車的巡航控制和表面溫度控制數學模型；

5、s2，引入間歇采樣控制機制；

6、s3，建立高超聲速火箭車的間歇采樣控制器；

7、s4，設計基于時間切換的lyapunov泛函，保證了高超聲速火箭車控制系統的指數穩定，并達到了期望的穩定值。

8、作為本發明進一步的技術方案，所述構造高超聲速火箭車控制系統的模型，包括高超聲速火箭車的巡航控制和表面溫度控制數學模型的步驟包括：

9、公式1：?；

10、有如下邊界條件：

11、，；

12、和初始條件：

13、，；

14、其中，表示高超聲速火箭車的質量，表示高超聲速火箭車的位移，和表示高超聲速火箭車的速度和加速度，表示空氣動力阻力系數，表示粘性摩擦力系數，表示高超聲速火箭車的材料密度，表示高超聲速火箭車的材料比熱度，表示高超聲速火箭車表面的溫度,依賴于時間與火箭車機體表面空間位置，下標表示關于的偏導數,表示高超聲速火箭車的導熱性系數，表示高超聲速火箭車的周長，表示高超聲速火箭車的對流熱傳遞系數，表示高超聲速火箭車的橫截面積，表示高超聲速火箭車的材料放射率，表示bolzmann常數，表示高超聲速火箭車的表面周圍材料的溫度，表示垂直于高超聲速火箭車的表面方向材料的溫度，表示動力粘度，和為已知的參數，表示控制器輸入，表示高超聲速火箭車的長度，與表示高超聲速火箭車系統的初始值；

15、對所需的穩定速度和溫度有如下要求：

16、公式2：?；

17、控制目標即是使高超聲速火箭車的速度和溫度分別達到期望的穩態和,為了簡化原系統的表示，引入以下無量綱變換：

18、；

19、其中，?，?,經過無量綱變換，代入公式2，原系統轉化為以下形式：

20、公式3：；

21、定義，，并且定義系數：

22、；

23、?；

24、；

25、；

26、設，，則原系統轉化為如下：

27、公式4：；

28、受限于邊界條件和初始條件：

29、公式5：，；

30、公式6：，；

31、其中，，并且；

32、然后，高超聲速火箭車控制系統的模型可用以下模型來表示：

33、公式7：

34、；

35、其中，

36、，并且與分別表示空間位置與時間。

37、作為本發明進一步的技術方案，所述引入間歇采樣控制機制的步驟包括：

38、將總時間區間劃分為一系列不相交的時間區間，，其中滿足，每個控制時間區間分別由休息區間和工作區間組成，為區間中間時間變量，控制器只在工作區間工作，，分別為前后兩次采樣時刻，為采樣周期，定義工作區間間隔，采樣時間間隔，，設定兩個正標量和，使工作區間滿足,控制器如下所示：

39、公式8：；

40、其中，，為控制器增益，將所述控制器帶入公式8可得:

41、公式9：

42、。

43、作為本發明進一步的技術方案，步驟s4中，指數穩定的條件用定理一表示：

44、定理一：給定標量參數?，矩陣和列向量，若以下線性矩陣不等式成立：

45、公式10：；

46、公式11：；

47、公式12：；

48、公式13：；

49、公式14：；

50、其中，，；

51、，?；

52、，；

53、具體矩陣元素如下所示：

54、；

55、；

56、；

57、；

58、；

59、；

60、；

61、；

62、；

63、；

64、；

65、；

66、；

67、；

68、；

69、；

70、；

71、；

72、則該高超聲速火箭車控制系統是指數穩定的。

73、作為本發明進一步的技術方案，步驟s4中，采用李雅普諾夫定理證明其穩定性，采用的李雅普諾夫泛函如下所示：

74、公式15：；

75、其中，；

76、；

77、；

78、；

79、；

80、；

81、；

82、并且，其中，，，，,并且有；

83、當時，得到：

84、；

85、其中，，，考慮到，和公式10和11,得到，對求導得：

86、；

87、；

88、；

89、；

90、；

91、；

92、；

93、定義,對于任意列向量和得到：

94、公式16：；

95、公式17：；

96、根據公式9，對于任意列向量,得到：

97、公式18：

98、；

99、根據公式9，對于任意列向量,得到：

100、公式19:

101、；

102、另外，得到：

103、公式20：

104、；

105、對公式19的部分進行積分，并根據邊界條件公式5可得:

106、公式21：

107、；

108、根據公式16-21,可得:

109、公式22：

110、；

111、根據公式12和13，可得：

112、公式23：；

113、然后，兩側積分，進一步可得:

114、公式24：；

115、當時，很明顯，，對求導可得:

116、；

117、?；

118、；

119、定義，根據公式9，對于任意列向量，然后可得：

120、公式25：

121、；

122、根據公式9，對于任意列向量，然后可得：

123、公式26：

124、；

125、對公式26的部分進行積分，加上邊界條件公式5可得:

126、公式27：

127、；

128、根據公式20和25-27,然后可得：

129、公式28：；

130、根據公式14,可得：

131、公式29：；

132、進一步，可得：

133、公式30：；

134、在工作區間和休息區間之間，有，；

135、然后得到：

136、公式31：

137、；

138、因此，在區間上是連續的，基于公式24和30,得到：

139、公式32：；

140、其中是正的標量，因此，從上式推出，高超聲速火箭車控制系統是指數穩定的。

141、作為本發明進一步的技術方案，所述控制器增益由定理二求得，定理二如下：

142、給定標量，，，參數，，，，，，，，，，，矩陣，和列向量，，若以下線性矩陣不等式成立：

143、公式33：；

144、公式34：；

145、公式35：；

146、公式36：；

147、公式37：；

148、其中，，，

149、，，

150、，，

151、具體矩陣元素如下所示：

152、；

153、；

154、；

155、；

156、；

157、；

158、；

159、；

160、；

161、；

162、則控制器的增益如下：

163、公式38：。

164、與現有技術相比，本發明的有益效果是：本發明提出了一種高超聲速火箭車的間歇采樣控制方法；間歇采樣控制綜合了間歇控制和采樣控制的優點，具有抗干擾能力強、控制成本低、易于實現的優點，同時提高了采樣有效性，避免了不必要的重復采樣；設計了基于時間切換的lyapunov泛函，保證了高超聲速火箭車控制系統的指數穩定性，并達到了期望的穩定值。