[發明專利]一種確定多狀態跟蹤制導參數的方法

有效

• 申請號: 201610244398.2
• 申請日: 2016-04-18
• 公開（公告）號: CN105867399B
• 公開（公告）日: 2017-05-03
• 發明（設計）人: 黃萬偉;楊業;包為民;馬衛華;祁振強;吳浩;劉毅;郭濤;梁祿揚;徐國強
• 申請（專利權）人: 北京航天自動控制研究所
• 主分類號: G05D1/08
• 分類號: G05D1/08;G05D1/04;G05D1/10;G05D13/62
• 代理公司: 北京君恒知識產權代理事務所(普通合伙)11466
• 代理人: 張璐,黃啟行

技術領域

本發明涉及升力式飛行器制導技術領域，特別涉及一種確定多狀態跟蹤制導參數的方法。

背景技術

升力式飛行器在平衡滑翔段受到過載、動壓和駐點熱流等多種約束條件的限制，因此，其飛行軌跡必須滿足過程和終端約束要求，且具有較高精度要求。該制導問題是一個典型的多輸入多輸出控制問題，輸入控制量為兩個狀態：即傾側角和攻角，而考慮到升力式飛行器進行大機動任務的需求，則需要控制的狀態量為五個變量：即高度、速度、彈道傾角、航向角、橫向位置。由于控制量和狀態量并非完全一一對應，多狀態之間存在耦合和關聯性，因此無法實現解耦控制，從而對多狀態跟蹤制導參數的設計提出了很高要求。

然而，現有技術中還尚未能提供一種較好的確定多狀態跟蹤制導參數的方法，因此該問題亟待得到解決。

發明內容

有鑒于此，本發明提供一種確定多狀態跟蹤制導參數的方法，從而可以根據所確定的制導參數實現對多個狀態量的跟蹤控制，降低多個狀態量跟蹤時的相互影響。

本發明的技術方案具體是這樣實現的：

一種確定多狀態跟蹤制導參數的方法，該方法包括如下步驟：

建立飛行器再入飛行過程的多狀態運動模型，并對所述多狀態運動模型進行小偏差線性化處理，得到處理后的線性化方程；

基于所述線性化方程，得到制導方程；

基于線性二次調節器LQR，設計LQR跟蹤控制器，得到相應的反饋控制律；

根據多狀態跟蹤要求，選取控制器加權矩陣；

根據所述控制器加權矩陣和制導方程，計算得到制導參數。

較佳的，所述建立飛行器再入飛行過程的多狀態運動模型包括：

根據縱向運動參數高度h、地心矢徑r、速度v，當地彈道傾角θ，以及橫向位置Z、航跡偏角ψ，建立飛行器再入飛行過程的有量綱的多狀態運動模型。

較佳的，所述處理后的線性化方程為：

其中，[δx]＝[δr,δv,δθ,δψ,δZ]^T＝[r－r_ref,v－v_ref,θ－θ_ref,ψ－ψ_ref,Z－Z_ref]^T，δu＝[δα,δγ_V]^T，A和B是由標準軌跡中特征點微分方程組的偏導數項組成的時變矩陣，r_ref為參考地心矢徑，v_ref為參考速度，θ_ref為參考彈道傾角，ψ_ref為參考航跡偏角，Z_ref為參考橫向位置，α為攻角，γ_V為傾側角。

較佳的，所述制導方程可以為：

其中，α_ref和γ_Vref分別為預設的標準軌跡對應的參考攻角和參考傾側角，α_cx為當前攻角，γ_Vcx為當前傾側角，K_a1～K_a5分別為攻角指令的第一至第五增益系數，K_s1～K_s5分別為傾側角指令的第一至第五反饋系數，共同組成2×5的增益矩陣K_d。。

較佳的，所述設計LQR跟蹤控制器，得到相應的反饋控制律包括：

針對多狀態的跟蹤控制問題，引入LQR最優控制性能指標；

設計LQR跟蹤控制器，得到相應的反饋控制律。

較佳的，所述LQR最優控制性能指標J為：

其中，Q和R分別對應為狀態向量的加權矩陣和控制向量的加權矩陣，δu為反饋控制律。

較佳的，所述反饋控制律δu為：

δu＝[δαδγ_V]^T＝-R^-1B^TPδx(t)＝-K_dδx；

其中，K_d為增益矩陣，P為黎卡提方程PA+A^TP－PBR^-1B^TP+Q＝0的解。

較佳的，所述根據多狀態跟蹤要求，選取控制器加權矩陣包括：

根據多狀態跟蹤要求，確定狀態向量和控制向量的加權矩陣的參數設計策略；

根據參數設計策略和最大允許的狀態和控制量偏差，選取控制器加權矩陣。

較佳的，所述參數設計策略為：