[發明專利]基于神經網絡觀測器的飛行器姿態魯棒反演容錯控制方法有效
| 申請號： | 201410277859.7 | 申請日： | 2014-06-19 |
| 公開（公告）號： | CN104022742B | 公開（公告）日： | 2017-12-12 |
| 發明（設計）人： | 周洪成;胡艷;陳存寶 | 申請（專利權）人： | 金陵科技學院 |
| 主分類號： | H03F1/26 | 分類號： | H03F1/26 |
| 代理公司： | 北京科億知識產權代理事務所(普通合伙)11350 | 代理人： | 湯東鳳 |
| 地址： | 211169 江*** | 國省代碼： | 江蘇;32 |
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| 摘要： | |||
| 搜索關鍵詞： | 基于 神經網絡 觀測器 飛行器 姿態 反演 容錯 控制 方法 | ||
1.一種基于神經網絡觀測器的飛行器姿態魯棒反演容錯控制方法，其特征在于，該基于神經網絡觀測器的飛行器姿態魯棒反演容錯控制方法包括:首先給出近空間飛行器X-33的姿態動態方程，建立了操縱面故障模型；根據姿態角速率回路的操縱面故障模型獲取自適應神經網絡觀測器，并聯立姿態角回路和所設計的觀測器動態方程；采用指令濾波反演方法獲取角度環控制器和角速度環控制器；
近空間飛行器X-33的姿態動態方程，建立了操縱面故障模型的方法如下：
步驟一，根據近空間飛行器X-33氣動構型，考慮具體的飛行環境，選擇合適的坐標軸系，得到簡化的可用于控制系統設計的姿態模型，然后將計算得到的容錯控制律在原始模型上進行仿真，檢驗容錯控制系統的合理性和有效性；
針對近空間飛行器的飛行運動作如下的假設：
近空間飛行器為理想剛體，不考慮在飛行過程中的機體包括操縱舵面在內的彈性形變、強度以及氣動熱因素；
近空間飛行器在飛行的同一高度空域中，大氣是干潔且均勻的并且不考慮大氣的運動；
地球是標準的圓球形狀，NSV的自轉速度遠遠大于地球的自轉，即忽略地球的自轉；
不考慮燃料的晃動，飛行器質心位置始終保持在機體的結構縱軸上；
近空間飛行器的外形是左右對稱的，并且質量分布也是左右對稱的，則慣性積Ixy＝Iyz＝0，并且由于其近似軸對稱，因而慣性積Izx≈0；
忽略近空間飛行器的氣動操縱舵面以及發動機所形成的轉動慣量影響；
步驟二，X-33再入模態的姿態角回路運動方程整理得：
航跡滾轉角μ的運動規律表達式為：
因而可得：
最后推導近空間飛行器的轉動動力學方程，由于剛體的旋轉動力學方程為：
其中H為近空間飛行器的動量矩，MT為作用在近空間飛行器上的全部的力矩矢量和，包括由氣動操縱舵面和發動機推力矢量所產生的控制力矩矢量Mc＝[lc,mc,nc]T以及操縱舵面為零時近空間飛行器機體所受到的氣動力矩矢量MA＝[lA,mA,nA]T，因此，在機體坐標軸系Sb下的(2.5)的矩陣形式為：
(H)b可表示為：
其中Ix、Iy和Iz為近空間飛行器的慣性矩，Ixy、Iyz和Izx為慣性積；
綜合考慮式(2.6)-(2.7)，并根據假設，有角速率回路運動方程為：
經整理可得：
其中：Mc＝ψδ(t)，ψ為控制分配矩陣，經過以上分析可知，式(2.1)-(2.3)及(2.8)為近空間飛行器X-33的再入姿態運動模型，而飛行運動狀態的方程組中包含的各種氣動力、氣動力矩、及其它相關參數；
綜上所述，X-33的再入模態的姿態動力學方程為：
其中：fΩ＝[fα,fβ,fμ]T，且有：
其中：g1為姿態角回路的控制輸入系數矩陣：
步驟三，近空間飛行器操縱面損傷故障模型：考慮操縱面損傷故障，定義故障后的實際上每個控制通道的控制作用為：
其中σi為未知的常數，定義為損傷因子，當則認為故障未發生，于是實際控制通道作用表示為：
uΞ＝[σ1u1,…,σ8u8]＝Ξu(2.20)
其中Ξ＝diag[σ1,…,σ8]，則X-33操縱面損傷模型表示為：
定義U＝diag[u1,…,u8]，σ＝[σ1,…,σ8]T，則(2.21)又可以表示為如下形式：
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