[發明專利]一種近空間飛行器的軌跡跟蹤控制方法

有效

• 申請號: 201610084472.9
• 申請日: 2016-02-14
• 公開（公告）號: CN105629734B
• 公開（公告）日: 2019-02-12
• 發明（設計）人: 張強;袁鑄鋼;于宏亮
• 申請（專利權）人: 濟南大學
• 主分類號: G05B13/04
• 分類號: G05B13/04;G05D1/10
• 代理公司: 濟南譽豐專利代理事務所(普通合伙企業) 37240
• 代理人: 李茜

本發明提供一種針對巡航飛行階段的近空間飛行器NSV(Near Space Vehicle)六自由度十二狀態模型,設計一種魯棒自適應軌跡跟蹤控制策略。首先，提出一種全新的動態模型近似方法應用于航跡控制器的設計。其次，利用自適應技術設計一種獨立于控制器的干擾估計器。然后，采用動態逆和backstepping方法相結合，分別給出位置、姿態角和角速率控制器的設計方法。其中，應用指令濾波器來避免backstepping設計中微分膨脹問題，并通過補償項修正由立項指令不能被完全執行所引起的跟蹤誤差，構造魯棒項抑制干擾估計誤差對軌跡跟蹤的影響。下面結合具體的實施例對本發明的上述方法進行詳細說明。

技術領域

本發明涉及自動控制技術領域,具體涉及一種六自由度十二狀態近空間飛行器的魯棒自適應軌跡跟蹤控制方法。

背景技術

近空間飛行器(Near Space Vehicle，NSV)具備戰略、戰術以及效費比等方面的優勢，且已經成為21世紀世界航空航天領域一個極其重要的發展方向。目前，NSV的研究已經從概念和原理探索階段進入以高超聲速巡航彈、高超聲速飛機、跨大氣層飛行器和空天飛機等為應用背景的先期技術開發驗證階段。

眾所周知，NSV作為一個新型的飛行器，有著誘人的應用前景。當然動態系統非線性、強耦合、參數快時變給控制帶來了新的挑戰。由于NSV高速飛行中，位置、空速、航姿和飛行環境之間存在著強耦合特性，航跡角和側滑角對位置和姿態均有影響，如果將此忽略，這勢必會影響飛控系統的跟蹤性能，甚至可能破壞NSV的穩定性。因此在NSV飛控系統設計中，考慮航跡和側滑對飛控系統的影響尤為重要。

發明內容

本發明要解決的技術問題是現有技術中缺乏對NSV的系統研究，對其進行軌跡跟蹤時誤差較大、穩定性較差。

為解決上述技術問題，本發明提供如下技術方案：

本發明提供一種近空間飛行器的軌跡跟蹤控制方法，包括：

步驟1.建立近空間飛行器巡航飛行階段的六自由度十二狀態非線性模型；

步驟2.利用在線模型近似方法將所述航跡角回路模型的做近似處理；

步驟3.利用自適應干擾估計算法，獲取復合干擾估計值；

步驟4.設計飛行控制器，本步驟與所述步驟3中的自適應干擾估計算法相互獨立。

優選地，上述的近空間飛行器的軌跡跟蹤控制方法，所述步驟1中的近空間飛行器巡航飛行階段的六自由度十二狀態非線性模型包括:

位置回路模型：

空速模型：

航跡角回路模型：

姿態角回路模型：

角速率回路模型：

優選地，上述的近空間飛行器的軌跡跟蹤控制方法，步驟2中，利用在線模型近似方法將所述航跡角回路模型的做近似處理，將所述航跡角回路模型近似為：

優選地，上述的近空間飛行器的軌跡跟蹤控制方法，步驟3中利用自適應干擾估計算法，獲取的復合干擾估計值包括：

空速模型中的復合干擾估計值：

航跡角回路模型、姿態角回路模型和角速度回路模型中的復合干擾估計值

優選地，上述的近空間飛行器的軌跡跟蹤控制方法，所述步驟4中.設計飛行控制器，其包括：

位置控制器：

空速控制器：

航跡控制器：

姿態角控制器：