[發明專利]抑制控制輸入飽和的飛行控制方法

有效

• 申請號: 201710317622.0
• 申請日: 2017-05-08
• 公開（公告）號: CN106970633B
• 公開（公告）日: 2019-11-12
• 發明（設計）人: 陳偉;孫傳杰;馮高鵬;錢立新;盧永剛;鄧坤
• 申請（專利權）人: 中國工程物理研究院總體工程研究所
• 主分類號: G05D1/08
• 分類號: G05D1/08;G05D1/10
• 代理公司: 北京天奇智新知識產權代理有限公司 11340
• 代理人: 楊春

1.一種抑制控制輸入飽和的飛行控制方法，其特征在于：包括抑制氣動舵飽和的非線性控制方法和抑制發動機轉速飽和的非線性控制方法；

所述抑制氣動舵飽和的非線性控制方法為采用反步遞推的方法，逐級設計航跡傾斜角虛擬控制指令、迎角虛擬控制指令和仰俯角速度虛擬控制指令，利用RBF網絡分別對航跡傾斜角、迎角和俯仰角速度的微分方程中的不確定項進行逼近，并以實際偏舵量與偏舵指令的差作為補償系統的輸入，再利用補償系統的輸出的舵飽和補償信號對虛擬控制指令進行修正；

所述抑制發動機轉速飽和的非線性控制方法為基于飛行速度的微分方程設計推力虛擬指令，利用RBF網絡對飛行速度微分方程中的不確定項進行逼近，以實際推力與推力虛擬指令的差作為轉速飽和補償系統的輸入，并利用轉速飽和補償系統的補償信號的積分量對推力虛擬指令進行修正；

所述抑制氣動舵飽和的非線性控制方法包括以下步驟：

(1)建立包含航跡傾斜角、迎角和俯仰角速度的反饋非線性系統：

式中：γ為航跡傾斜角，α為迎角，q為俯仰角速度；

f_γ0(x)、g_γ0(x)、f_α0(x)、f_q0(x)和g_q0(x)為已知系統參數，Δ_γ(x)、Δ_α(x)和Δ_q(x)為系統不確定項；

(2)使用RBF網絡w_γh_γ、w_αh_α、w_qh_q分別對不確定項Δ_γ(x)、Δ_α(x)、Δ_q(x)進行逼近；

其中：w_γ、w_α、w_q為RBF網絡權值，h_γ、h_α、h_q為高斯基函數向量；

(3)定義航跡傾斜角、迎角和俯仰角速度的變量跟蹤誤差：

式中：γ_d為航跡傾斜角虛擬控制指令；α_d為迎角虛擬控制指令；q_d為俯仰角速度虛擬控制指令；為航跡傾斜角跟蹤誤差；為迎角跟蹤誤差；為俯仰角速度跟蹤誤差；

(4)基于航跡傾斜角微分方程和李雅普諾夫穩定性理論設計迎角虛擬控制指令為：

式中：k_γ＞0為設計參數；為的近似值，通過一階濾波器獲得；

RBF網絡權值w_γ的自適應律為：其中η_γ＞0、σ_γ＞0和w_γ0為設計參數；

(5)基于俯仰角速度微分方程和李雅普諾夫穩定性理論設計升降舵偏指令為：

式中：k_q＞0為設計參數；為的近似值，通過一階濾波器獲得；

RBF網絡權值w_q的自適應律為：其中為俯仰角速度補償跟蹤誤差，η_q＞0、σ_q＞0和w_q0為設計參數；

(6)基于迎角微分方程和李雅普諾夫穩定性理論設計俯仰角速度虛擬控制指令為：

式中：k_α＞0為設計參數；為的近似值，通過一階濾波器獲得；q_e為補償信號，由以下舵飽和補償系統得到：其中δ_e為實際升降舵偏角；δ_ed為升降舵偏虛擬指令；

RBF網絡權值w_α的自適應律為：其中η_α＞0、σ_α＞0和w_a0為設計參數；

(7)當升降舵偏角達到飽和時，補償信號q_e不為零，通過有界補償信號q_e對俯仰角速度虛擬控制信號進行修正，幫助系統較快的脫離飽和，恢復到正常控制。

2.根據權利要求1所述的抑制控制輸入飽和的飛行控制方法，其特征在于：所述抑制發動機轉速飽和的非線性控制方法包括以下步驟：

(1)建立飛行器飛行速度微分方程：

V＝f_V0(x)+g_V(x)T+_V(x) (6)

式中：V為飛行速度；f_V0(x)、g_V(x)為已知系統參數；_V(x)為系統不確定項；

(2)使用RBF網絡w_Vh_V對不確定項Δ_V(x)進行逼近，w_V為RBF網絡權值，h_V為高斯基函數向量；

(3)定義狀態變量跟蹤誤差為：

式中：為飛行速度跟蹤誤差，V_d為飛行速度指令；

(4)基于飛行速度微分方程和李雅普諾夫穩定性理論設計推力指令為：

式中：σ_T＞0、k_pV＞0和k_IV＞0為設計參數；為用來抵消RBF網絡逼近誤差的魯棒項；V_e為補償信號，由以下轉速飽和補償系統得到：

RBF網絡權值w_V的自適應律為：其中為飛行速度補償跟蹤誤差，η_V、σ_V＞0和w_V0為設計參數；

(5)推力指令T_d經發動機轉速轉換公式得到轉速指令n_d，轉速指令經限幅后得到實際轉速n_T，再將實際轉速轉換成實際推力T：

式中：J＝V/D_Tπn_T為比率；D_T為旋槳直徑；C_T(J)為C_T(J)＝C_T1+C_T2J+C_T3J²，其中C_T1、C_T2和C_T3均為發動機參數；

(6)當發動機轉速出現飽和時，補償系統輸出的信號V_e被反饋到速度控制系統的積分控制通道中，通過設計合適的控制參數k_pV和k_IV幫助系統在短時間內脫離飽和。