[發明專利]實現飛艇按照給定速度穩定飛行的速度跟蹤控制方法

有效

• 申請號: 201710008392.X
• 申請日: 2017-01-05
• 公開（公告）號: CN106774370B
• 公開（公告）日: 2019-05-10
• 發明（設計）人: 張友安;雷軍委;劉震霆;孫玉梅;辛濤;吳華麗
• 申請（專利權）人: 煙臺南山學院;中國人民解放軍海軍航空工程學院
• 主分類號: G05D1/08
• 分類號: G05D1/08;G05D1/10
• 代理公司: 西安知誠思邁知識產權代理事務所(普通合伙) 61237
• 代理人: 麥春明

本發明公開了實現平流層飛艇按照給定速度穩定飛行的速度跟蹤控制方法，生成前向飛行速度測量與速度誤差信號；形成基于誤差的非線性增益項；測量垂向速度、俯仰角、俯仰角速率以及構建自適應項；設計飛艇速度跟蹤控制律；根據飛艇俯仰通道的微分方程所建立的數學模型，近似模擬飛艇俯仰通道的特性；通過不斷調整控制參數，觀察飛艇各狀態的數據并畫圖，觀測飛艇橫向飛行速度的數據曲線，分析勻速跟蹤控制的響應效果，從而最終確定一組飛艇控制參數，使得飛艇的速度跟蹤控制具有滿意的動態響應與穩態響應性能。

技術領域

本發明屬于飛行器控制技術領域，涉及一種實現平流層飛艇按照給定速度穩定飛行的速度跟蹤控制方法。

背景技術

由于平流層有著穩定的氣象條件和良好的電磁特性，數十年來人們一直在嘗試利用平流層平臺長期駐空，進行觀測和通訊。隨著相關技術的飛速發展，從20世紀90年代以來，國際上掀起了發展平流層飛艇的高潮。從通訊領域的角度來看，飛艇比通信衛星的往返延時短、自由空間衰耗小、有利于實現通信終端的小型化、寬帶化和對稱雙工的無線接入；與地面蜂窩系統相比，飛艇的作用距離、覆蓋地區大、信道衰落小，發射功率可以顯著減少。

勻速飛行與速度控制是飛艇前向運動中除了定點懸停外的另一大任務，勻速飛行狀態也是飛艇飛行過程中最常見的穩定工作形態之一。目前針對飛艇俯仰通道速度控制采用較多的是PID控制規律，但PID控制規律過于保守，速度跟蹤響應較慢。

發明內容

為實現上述目的，本發明實施例提供一種實現平流層飛艇按照給定速度穩定飛行的速度跟蹤控制方法，形成基于非線性增益與自適應的飛艇給定速度跟蹤控制律，實現飛艇的勻速飛行，具有較好的控制效果，且速度控制的精度也能滿足工程需要。

本發明所采用的技術方案是，一種實現平流層飛艇按照給定速度穩定飛行的速度跟蹤控制方法，按照以下步驟進行：

步驟一，生成前向飛行速度測量與速度誤差信號；

步驟二，形成基于誤差的非線性增益項；

步驟三，測量垂向速度、俯仰角、俯仰角速率以及構建自適應項；

步驟四，設計飛艇速度跟蹤控制律；

步驟五，利用計算機，根據飛艇俯仰通道的微分方程所建立的數學模型，近似模擬飛艇俯仰通道的特性；

步驟六，將步驟四飛艇速度跟蹤控制律所得的控制量代入步驟五所建立的數學模型，通過不斷調整控制參數，并觀察飛艇各狀態的數據并畫圖，觀測飛艇前向飛行速度的數據曲線，分析勻速跟蹤控制的響應效果，從而最終確定一組飛艇控制參數，使得飛艇的速度跟蹤控制具有滿意的動態響應與穩態響應性能。

進一步的，所述步驟一中，采用慣性導航組合設備測量飛艇的實時前向飛行速度，記為u，將上述測量信號進行A/D轉換，輸入給飛艇上的計算機；同時根據給定的期望飛行速度u^d，利用飛艇上的計算機進行相減比較，得到速度誤差變量e_u，即e_u＝u-u^d。

進一步的，所述步驟二，按照以下步驟進行：

根據速度誤差信號，由艇上計算機生成非線性增益項П如下

其中ε₁、ε₂與ε₃為正常數，均在[0，1]之間選取。

進一步的，所述步驟三，按照以下步驟進行：

首先，采用速率陀螺儀測量飛艇的俯仰角速率，記為q，然后采用測角陀螺儀測量飛艇的俯仰角，記為θ，最后采用慣性導航設備測量垂向速度，記為w，

其次構建自適應項R如下：