Prescribed Performance Optimal Backstepping Control for Hypersonic Vehicles Based on Reinforcement Learning With Disturbance Observer

反推 扰动(地质) 控制理论(社会学) 强化学习 计算机科学 高超音速 控制工程 控制(管理) 工程类 人工智能 自适应控制 航空航天工程 生物 古生物学
作者
Haoyu Cheng,Yuanjun Feng,Shuo Zhang,Wenxing Fu,Maolin Ni
出处
期刊:IEEE Transactions on Aerospace and Electronic Systems [Institute of Electrical and Electronics Engineers]
卷期号:61 (5): 14855-14867 被引量:6
标识
DOI:10.1109/taes.2025.3588483
摘要

This paper presents a prescribed performance optimal backstepping control method based on reinforcement learning (RL) to address the challenge of achieving optimal control for hypersonic vehicles (HSVs) while accounting for dynamic performance under disturbances. A nonlinear model of the hypersonic vehicle is developed, and the controller design is divided into altitude and velocity subsystems. Optimal control commands for each subsystem are derived using RL within the Actor-Critic framework. To enhance the anti-disturbance capabilities of RL, the total system uncertainties are estimated through an extended state observer (ESO), effectively balancing optimal control with disturbance rejection. The proposed lightweight RL method incorporates an adaptive update law for weight adjustment, eliminating the need for the trial-and-error process typical of conventional RL. Furthermore, a Time-varying Barrier Lyapunov Functions (TvBLFs) based on prescribed performance theory ensures the stability of the closed-loop system and ensures global state convergence within prescribed performance bounds. Simulation results confirm the effectiveness and superiority of the proposed method.

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