[發明專利]基于飛行器四元數模型的控制器區域設計方法

有效

• 申請號: 201210175989.0
• 申請日: 2012-05-31
• 公開（公告）號: CN102692928A
• 公開（公告）日: 2012-09-26
• 發明（設計）人: 史忠科
• 申請（專利權）人: 西北工業大學
• 主分類號: G05D1/10
• 分類號: G05D1/10;G05B13/04
• 代理公司: 西北工業大學專利中心 61204
• 代理人: 王鮮凱

1.一種基于飛行器四元數模型的控制器區域設計方法，其特征在于包括以下步驟：

(a)根據四元數方程：

或e·=120-p-q-rp0r-qq-r0prq-p0e]]>

得2ddte·1e·2e·3e·4=-e2-e3-e4e1-e4e3e4e1-e2-e3e2e1p·q·r·+{ddt-e2-e3-e4e1-e4e3e4e1-e2-e3e2e1}pqr]]>

α·β·=-cosαtanβ-sinαtanβ1sinα-cosα0prq+fα(·)fβ(·)]]>

fα(·)fβ(·)=1V0{[g(e12+e42-e22-e32)+nzg]cosα-[2g(e2e4-e1e3)+nxg]sinα}/cosβ[2g(e1e2+e3e4)+nyg]cosβ-[2g(e2e4-e1e3)+nxg]cosαsinβ]]>

和氣動力、力矩模型

p·=IzL+IzxN+Izx(Iz+Ix-Iy)pq+(IyIz-Iz2-Izx2)qrIxIz-Izx2q·=M+(Iz-Ix)pr+Izx(r2-p2)Iyr·=IzxL+IxN+(Ix2-IxIy+Izx2)pq+Izx(Iy-Iz-Ix)qrIxIz-Izx2]]>

LNM=Lpβ(α,β,β·,δ)Lrβ(α,β,β·,δ)Lqβ(α,β)Npβ(α,β,β·,δ)Nrβ(α,β,β·,δ)Nqβ(α,β)Mpα(α,β)Mrα(α,α·)Mqα(α,α·)prq+Le(β,β·,δ)Ne(β,β·,δ)Me(α,β,δ)]]>

在p＝0，r＝0，q＝0，條件下確定控制目標高度、馬赫數時的配平舵面、氣流迎角、給定轉彎半徑穩定盤旋的側滑角的平衡點δ_s，α_s，β_s；

其中：q為俯仰角速度，α為氣流迎角，β為側滑角，為俯仰角，為滾轉角，ψ為偏航角，p為滾轉角速度，r為偏航角速度，g為重力加速度，δ為包含方向舵、副翼、升降舵、油門開度、鴨翼等在內的輸入向量，I_x為繞軸x的轉動慣量，I_y為繞軸y的轉動慣量，I_z為繞軸z的轉動慣量，I_zx＝I_xz為乘積轉動慣量，V₀為空速，

M_pα(α，β)、M_rα(α，β)、M_e(α，β，δ)為有關縱向力矩函數表達式，L_qβ(α，β)，N_qβ(α，β)，為有關力矩函數表達式，n_x，n_y，n_z分別為沿飛行器機體軸系x，y，z軸的過載；δ_s，α_s，β_s分別為對應控制目標高度、馬赫數時的配平舵面、氣流迎角、給定轉彎半徑穩定盤旋的側滑角；

(b)選取反饋控制器表達式為：

δ＝δ₀+k(α，β，p，r，q)

滿足條件：p＝0，r＝0，q＝0，α＝α_s，β＝β_s時，δ＝δ_s；

其中：δ₀為舵面輸入的常數值，k(α，β，p，r，q)為反饋控制函數；

(c)在給定飛行區域內，采用以下相平面分析模型：分析系統收斂性，根據收斂性指標和平衡點條件：滿足條件：p＝0，r＝0，q＝0，α＝α_s，β＝β_s時，δ＝δ_s共同確定反饋控制器的參數。